Question

工業上以黃鐵礦為原料生產硫酸主要分為三個階段進行，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除塵、洗滌、干燥后進入           (填設備名稱)，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，此過程中產生了一連串的中間體(如圖1)

其中a、c二步反應的化學方程式可表示為：           、         。
(3)550℃時，SO₂轉化為SO₃的平衡轉化率(α)與體系總壓強(P)的關系如圖2所示，

則：將2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于5L密閉容器中，反應達平衡后，體系總壓強為0.10M Pa，A與B表示不同壓強下的SO₂轉化率，通常情況下工業生產中采用常壓的原因是：       。
(4)為循環利用催化劑，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91.7%以上。已知廢釩催化劑中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性殘渣，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①②③④中屬于氧化還原反應的是           (填數字序號)，反應①的離子方程式為                                       ，該工藝中反應③的沉淀率(又稱沉釩率)是回收釩的關鍵之一，沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨系數(NH₄Cl加入質量與料液中V₂O₅的質量比)和溫度。根據下圖試建議控制氯化銨系數和溫度：           、           。

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就可以達到較高的轉化率
(4)①②  V₂O₅+SO₃^2﹣+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2﹣+2H₂O      4     80℃

(1)黃鐵礦燃燒生成的二氧化硫氣體為防止催化劑中毒，經過除塵、洗滌、干燥后進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化合價降低，所以S元素的化合價升高，則發生的反應是SO₂+V₂O₅SO₃+V₂O₄，同理在c中，V的化合價升高，則O元素的化合價降低，則發生的反應是VOSO₄+O₂2V₂O₅+4SO₃。
(3)二氧化硫催化氧化是氣體體積減少的放熱反應，依據化學平衡移動原理可知溫度越低，壓強越大，平衡越向正向進行，二氧化硫的轉化率越大，但通過圖象分析在常壓下，二氧化硫的轉化率已經很大，增大壓強對提高二氧化硫的轉化率提高不大，但增大壓強會對設備有更高的要求，增加成本，所以通常情況下工業生產中采用常壓；
(4)由所給的圖示可知，屬于氧化還原反應是①②；已知VOSO₄可溶于水，V₂O₅難溶于水，廢釩催化劑中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性殘渣水浸過濾后，得到的濾渣為不溶性雜質和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，所以發生的反應是V₂O₅+SO₃^2﹣+4H⁺=2VO²⁺+SO₄^2﹣。
(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，根據流程物質的變化可知將VOSO₄氧化為(VO₂)₂SO₄；③根據NH₄VO₃難溶于水，利用復分解反應沉淀VO₃^-，不是氧化還原反應，⑤NH₄VO₃變為V₂O₅是化合價不變的分解反應，不是氧化還原反應；沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨系數(NH₄Cl加入質量與料液中V₂O₅的質量比)和溫度，依據圖象可知，溫度80°C時的沉釩率最高為98%，在氯化銨系數圖象中對應沉釩率98%時控制氯化銨系數為4和80℃。