Question

工業(yè)上以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸主要分為三個(gè)階段進(jìn)行，即煅燒、催化氧化、吸收。請回答下列問題：

(1)煅燒黃鐵礦形成的爐氣必須經(jīng)除塵、洗滌、干燥后進(jìn)入           (填設(shè)備名稱)，其主要目的是                 。

(2)催化氧化所使用的催化劑釩觸媒(V2O5)能加快 二氧化硫氧化速率，此過程中產(chǎn)生了一連串的中間體(如圖1)

 

其中a、c二步反應(yīng)的化學(xué)方程式可表示為：            、          。

(3)550℃時(shí)，SO2轉(zhuǎn)化為SO3的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與體系總壓強(qiáng)(P)的關(guān)系如圖2所示，

 

則：將2.0mol SO2和1.0mol O2置于5L密閉容器中，反應(yīng)達(dá)平衡后，體系總壓強(qiáng)為0.10M Pa，A與B表示不同壓強(qiáng)下的SO2轉(zhuǎn)化率，通常情況下工業(yè)生產(chǎn)中采用常壓的原因是：        。

(4)為循環(huán)利用催化劑，科研人員最新研制了一種離子交換法回收釩的新工藝，回收率達(dá)91.7%以上。已知廢釩催化劑中含有V2O5、VOSO4及不溶性殘?jiān)�，查閱資料知：VOSO4可溶于水，V2O5難溶于水，NH4VO3難溶于水。該工藝的流程如圖如下：

 

則反應(yīng)①②③④中屬于氧化還原反應(yīng)的是           (填數(shù)字序號)，反應(yīng)①的離子方程式為                                        ，該工藝中反應(yīng)③的沉淀率(又稱沉釩率)是回收釩的關(guān)鍵之一，沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨系數(shù)(NH4Cl加入質(zhì)量與料液中V2O5的質(zhì)量比)和溫度。根據(jù)下圖試建議控制氯化銨系數(shù)和溫度：            、            。

 

 

Answer 1

(1)接觸室    防止催化劑中毒

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

(3)在常壓下SO2就可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率

(4)①②  V2O5+SO32﹣+4H+=2VO2++SO42﹣+2H2O      4     80℃

【解析】(1)黃鐵礦燃燒生成的二氧化硫氣體為防止催化劑中毒，經(jīng)過除塵、洗滌、干燥后進(jìn)入接觸室催化氧化為三氧化硫；

(2)從已知信息知，V2O5起催化作用，a中V2O5變成了V2O4，說明V化合價(jià)降低，所以S元素的化合價(jià)升高，則發(fā)生的反應(yīng)是SO2+V2O5SO3+V2O4，同理在c中，V的化合價(jià)升高，則O元素的化合價(jià)降低，則發(fā)生的反應(yīng)是VOSO4+O22V2O5+4SO3。

(3)二氧化硫催化氧化是氣體體積減少的放熱反應(yīng)，依據(jù)化學(xué)平衡移動原理可知溫度越低，壓強(qiáng)越大，平衡越向正向進(jìn)行，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率越大，但通過圖象分析在常壓下，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很大，增大壓強(qiáng)對提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率提高不大，但增大壓強(qiáng)會對設(shè)備有更高的要求，增加成本，所以通常情況下工業(yè)生產(chǎn)中采用常壓；

(4)由所給的圖示可知，屬于氧化還原反應(yīng)是①②；已知VOSO4可溶于水，V2O5難溶于水，廢釩催化劑中含有V2O5、VOSO4及不溶性殘?jiān)�水浸過濾后，得到的濾渣為不溶性雜質(zhì)和V2O5，濾液為VOSO4的溶液，濾渣的成分是V2O5，在酸性條件下，亞硫酸根離子具有還原性，所以發(fā)生的反應(yīng)是V2O5+SO32﹣+4H+=2VO2++SO42﹣。

(5)已知VOSO4可溶于水，V2O5難溶于水，NH4VO3難溶于水，①中加入亞硫酸鈉的作用是還原V2O5為溶于水的VOSO4；②加入KClO3的目的，根據(jù)流程物質(zhì)的變化可知將VOSO4氧化為(VO2)2SO4；③根據(jù)NH4VO3難溶于水，利用復(fù)分解反應(yīng)沉淀VO3-，不是氧化還原反應(yīng)，⑤NH4VO3變?yōu)閂2O5是化合價(jià)不變的分解反應(yīng)，不是氧化還原反應(yīng)；沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨系數(shù)(NH4Cl加入質(zhì)量與料液中V2O5的質(zhì)量比)和溫度，依據(jù)圖象可知，溫度80°C時(shí)的沉釩率最高為98%，在氯化銨系數(shù)圖象中對應(yīng)沉釩率98%時(shí)控制氯化銨系數(shù)為4和80℃。