Question

（1）釩觸媒（V₂O₅）是二氧化硫氧化的催化劑，在催化氧化的過程中產(chǎn)生了一連串的中間體（如圖1所示）．其中a、c二步的化學(xué)方程式可表示為：

 

、

 

．
（2）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．A與B表示不同壓強(qiáng)下的SO₂轉(zhuǎn)化率，試分析通常情況下工業(yè)生產(chǎn)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(yīng)達(dá)平衡后，體系總壓強(qiáng)為0.10M Pa．試計(jì)算反應(yīng)2SO₃?2SO₂+O₂ 在550℃時(shí)的平衡常數(shù)．
（3）為循環(huán)利用催化氧化所使用的催化劑釩觸媒（V₂O₅），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3所示．則：反應(yīng)①②③④中屬于氧化還原反應(yīng)的是

 

（填數(shù)字序號(hào)）．該工藝中反應(yīng)③的沉淀率（又稱沉礬率）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)如圖4所示試建議控制氯化銨系數(shù)和溫度：氯化銨系數(shù)為

 

、溫度為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：化學(xué)平衡的計(jì)算,氧化還原反應(yīng),化學(xué)平衡的調(diào)控作用,物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：化學(xué)平衡專題

分析：（1）根據(jù)催化劑參與反應(yīng)過程生成的中間產(chǎn)物，分析催化劑參與反應(yīng)，最終重新生成來書寫化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)化學(xué)平衡計(jì)算的三段式進(jìn)行計(jì)算，壓強(qiáng)的增加引起SO₂轉(zhuǎn)化率的變化并不明顯，所以工業(yè)上直接采用常壓；
（3）根據(jù)流程中釩元素的存在化合物中的化合價(jià)的變化，判斷出發(fā)生氧化還原反應(yīng)的是①②；反應(yīng)①是利用亞硫酸鈉在酸性溶液中的還原性把難溶的V₂O₅轉(zhuǎn)化為易溶于水的VOSO₄便于釩的提��；根據(jù)圖1和圖2分析坐標(biāo)系中的表示含義，結(jié)合圖②中的沉礬率在80度C時(shí)最大，約為98%，在圖①中找到對(duì)應(yīng)沉礬率98%下的控制氯化銨系數(shù)為4．

解答： 解：（1）依據(jù)圖1中的轉(zhuǎn)化關(guān)系，V₂O₅參與反應(yīng)先做氧化劑把二氧化硫氧化為三氧化硫，本身被還原為圖中產(chǎn)物V₂O₄；根據(jù)氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)寫出并配平a步化學(xué)方程式SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；C是VOSO₄轉(zhuǎn)化為SO₃，此過程需要重新生成催化劑V₂O₅，需要氧化劑完成，此過程中的氧化劑時(shí)氧氣，根據(jù)化合價(jià)的變化寫出C步化學(xué)方程式 4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃；
故答案為：SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃；
（2）體系總壓強(qiáng)為0.10M Pa，此時(shí)二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為80%
                2SO₂+O₂

催化劑 .

△

2SO₃
起始量（mol）  2      1          0
變化量 （mol）2×0.8  0.8    2×0.8
平衡量 （mol） 0.4   0.2        1.6
平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度為：[SO₂]=0.08mol/L，[O₂]=0.04mol/L，[SO₃]=0.32mol/L 代入平衡常數(shù)的計(jì)算式得到
平衡常數(shù)K=

c2(SO3)

c2(SO2)c(O2)

=400 L?mol^-1，
從圖象中可以看出，常壓SO₂就可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率，壓強(qiáng)的增加引起SO₂轉(zhuǎn)化率的變化并不明顯，所以工業(yè)上直接采用常壓；
故答案為：400 L?mol^-1，使用常壓SO₂就可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率；使用常壓SO₂就可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率；
（3）依據(jù)離子交換法回收釩的新工藝流程圖分析反應(yīng)過程中：
①的目的是把難溶的五氧化二釩還原為溶于水的VOSO₄；
②的目的是用KClO₃還原為VOSO₄為（VO₂）₂SO₄；
③因?yàn)镹H₄VO₃難溶于水，此步驟的目的是沉淀VO₃^-
④是分解NH₄VO₃得到V₂O₅；
工藝中反應(yīng)③的沉淀率（又稱沉礬率）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)圖示分析數(shù)據(jù)，80℃時(shí)沉礬率最高為98%，所以加NH₄Cl的系數(shù)從圖中讀出為4；
故答案為：①②；4；80℃；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了工業(yè)制硫酸的生產(chǎn)步驟、原理應(yīng)用、注意問題，化學(xué)平衡的應(yīng)用和條件選擇，利用信息進(jìn)行判斷和書寫化學(xué)方程式的能力，圖象分析能力，提取釩元素的流程分析和氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用．