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．請回答下列個問題：
（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）

（2）催化氧化階段反應2SO₂（g）+O₂（g）2SO₃（g）；△H＜0
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1所示．
理論上要提高SO₂的轉化率，反應的條件應是______溫、高壓（填“高”、“低”、或“常”），但通常情況下工業生產中采用常壓的原因是______．
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．該反應的平衡常數等于______．
（3）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．

則：反應①②③④中屬于氧化還原反應的是______（填數字序號），反應③的離子方程式為______．該工藝中反應③的沉淀率（又稱沉礬率）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

【答案】分析：（1）依據工業制硫酸的工藝流程分析判斷；
（2）依據化學平衡的影響條件進行分析增大轉化率的條件，依據生產效益和設備的應用判斷，依據化學平衡的三段式計算列式計算平衡常數；
（3）根據回收流程中的反應結合物質化合價的變化分析判斷屬于氧化還原反應的反應；依據流程中的沉淀分離書寫離子方程式，根據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，依據圖象中的相關量對比分析判斷；
解答：解：（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；
故答案為：接觸室
（2）2SO₂（g）+O₂（g） 2SO₃（g）；△H＜0，該反應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；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，從圖象上可以知道二氧化硫的轉化率為80%，利用化學平衡的三段式列式計算，；
                   2SO₂（g）+O₂（g） 2SO₃（g）
起始量（mol/L）      0.4      0.2             0
變化量（mol/L）   0.4×80%    0.16            0.32
平衡量（mol/L）     0.08      0.04            0.32
平衡常數K===400 L?mol^-1
故答案為：低    使用常壓SO₂就可以達到較高的轉化率．    400 L?mol^-1
（3）已知VOSO₄可溶于水，V₂O₅難溶于水，NH₄VO₃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，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；
故答案為：①②NH₄⁺+VO₃^-═NH₄VO₃↓4和80℃．
點評：本題考查了工業制硫酸的流程，設備選擇，反應條件的選擇應用，化學平衡的基本計算，催化劑中釩元素的回收利用原理和流程分析，關鍵是審題的全面性和圖象的分析能力．