Question

工业上以黄铁矿为原料生产硫酸主要分为三个阶段进行，即煅烧、催化氧化、吸收．请回答下列个问题：


（1）煅烧黄铁矿形成的炉气必须经除尘、洗涤、干燥后进入______（填设备名称），其主要目的是______．
（2）催化氧化所使用的催化剂钒触媒（V₂O₅）能加快二氧化硫氧化速率，此过程中产生了一连串的中间体（如图1）．其中a、c二步的化学方程式可表示为：______、______．
（3）550℃时，SO₂转化为SO₃的平衡转化率（α）与体系总压强（p）的关系如图2所示．则：将2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于5L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10M Pa．该反应的平衡常数等于______．A与B表示不同压强下的SO₂转化率，通常情况下工业生产中采用常压的原因是______．
（4）为循环利用催化剂，科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，
回收率达91.7%以上．已知废钒催化剂中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣．查阅资料知：VOSO₄可溶于水，V₂O₅难溶于水，NH₄VO₃难溶于水．该工艺的流程如图．


则：反应①②③④中属于氧化还原反应的是______（填数字序号），反应①的离子方程式为______．该工艺中反应③的沉淀率（又称沉矾率）是回收钒的关键之一，沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数（NH₄Cl加入质量与料液中V₂O₅的质量比）和温度．根据下图试建议控制氯化铵系数和度：______、______．

Answer 1

（1）以黄铁矿为原料生产硫酸主要分为三个阶段进行，即煅烧、催化氧化、吸收；其中二氧化硫的催化氧化在催化剂表面和空气中的氧气接触反应，若气体中含有杂质气体容易使催化剂中毒，所以煅烧黄铁矿形成的炉气必须经除尘、洗涤、干燥；故答案为：接触室，防止催化剂中毒．
（2）依据图1中的转化关系，V₂O₅参与反应先做氧化剂把二氧化硫氧化为三氧化硫，本身被还原为图中产物V₂O₄；根据氧化还原反应的实质写出并配平a步化学方程式SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；C是VOSO₄转化为SO₃，此过程需要重新生成催化剂V₂O₅，需要氧化剂完成，此过程中的氧化剂时氧气，根据化合价的变化写出C步化学方程式 4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃；故答案为：4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃
（3）2SO₂+O₂

催化剂 .

△

2SO₃ 体系总压强为0.10M Pa，此时二氧化硫的转化率为80%
                 2SO₂ +O₂

催化剂 .

△

2SO₃
起始量（mol）      2       1         0
变化量（mol）    2×0.8   0.8    2×0.8
平衡量（mol）     0.4     0.2      1.6
平衡时各物质的浓度为：[SO₂]=0.08mol/L，[O₂]=0.04mol/L，[SO₃]=0.32mol/L，代入平衡常数的计算式得到平衡常数K=

[SO2]2

[SO2]2?[O2]

=400 L?mol^-1，
从图象中可以看出，常压SO₂就可以达到较高的转化率，压强的增加引起SO₂转化率的变化并不明显，所以工业上直接采用常压；
故答案为：400 L?mol^-1，使用常压SO₂就可以达到较高的转化率；
（4）依据离子交换法回收钒的新工艺流程图分析反应过程中：
①的目的是把难溶的五氧化二钒还原为溶于水的VOSO₄；
②的目的是用KClO₃还原为VOSO₄为（VO₂）₂SO₄；
③因为NH₄VO₃难溶于水，此步骤的目的是沉淀VO₃^-
④是分解NH₄VO₃得到V₂O₅；
工艺中反应③的沉淀率（又称沉矾率）是回收钒的关键之一，沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数（NH₄Cl加入质量与料液中V₂O₅的质量比）和温度．根据图示分析数据，80℃时沉矾率最高为98%，所以加NH₄Cl的系数从图中读出为4；
故答案为：①②；V₂O₅+SO₃^2-+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2-+2H₂O；4和80℃；