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)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)。其中a、c二步的化学方程式可表示为：___________________________、________________________。

(2)550 ℃时，SO₂转化为SO₃的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如右图所示。则：将2.0 mol SO₂和1.0 mol O₂置于5 L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0.10 MPa。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_____________________________________________________。

(3)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。该工艺的流程如下图。

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(又称沉钒率)是回收钒的关键之一，沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵计量数(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计量数和温度：____________、____________。

Answer 1

(1)SO₂+V₂O₅SO₃+ V₂O₄  4VOSO₄+O₂2V₂O₅+4SO₃

(2)400 L·mol^-1  使用常压SO₂就可以达到较高的转化率

(3)①②  V₂O₅++4H⁺2VO²⁺++2H₂O  4  80 ℃

解析：(1)V₂O₅作为催化剂，参与反应但反应前后保持不变，所以最后V₂O₅必须释放出来，故反应方程式为：SO₂+V₂O₅SO₃+V₂O₄；

4VOSO₄+O₂2V₂O₅+4SO₃

(2)                         2SO₂+O₂2SO₃

初始的物质的量/mol   2.0    1.0             0

转化的物质的量/mol   1.6   0.8            1.6

平衡时的物质的量/mol 0.4  0.2            1.6

K==400 L·mol^-1

工业生产中要考虑经济效益，使用常压SO₂就可以达到很高的转化率，没有必要使用高压。

(3)由两图中数据可看出控制NH₄Cl计量数是4，温度是80 ℃时沉钒率达到最大。