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生了一連串的中間體（如圖1所示）．其中a、c二步的化學方程式可表示為：

 

、

 

．
（2）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．A與B表示不同壓強下的SO₂轉化率，試分析通常情況下工業(yè)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．試計算反應2SO₃?2SO₂+O₂ 在550℃時的平衡常數(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3所示．則：反應①②③④中屬于氧化還原反應的是

 

（填數(shù)字序號）．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(shù)（NH₄Cl加入質量與料液中V₂O₅的質量比）和溫度．根據如圖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：化學平衡的計算,氧化還原反應,化學平衡的調控作用,物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：化學平衡專題

分析：（1）根據催化劑參與反應過程生成的中間產物，分析催化劑參與反應，最終重新生成來書寫化學方程式；
（2）根據化學平衡計算的三段式進行計算，壓強的增加引起SO₂轉化率的變化并不明顯，所以工業(yè)上直接采用常壓；
（3）根據流程中釩元素的存在化合物中的化合價的變化，判斷出發(fā)生氧化還原反應的是①②；反應①是利用亞硫酸鈉在酸性溶液中的還原性把難溶的V₂O₅轉化為易溶于水的VOSO₄便于釩的提取；根據圖1和圖2分析坐標系中的表示含義，結合圖②中的沉礬率在80度C時最大，約為98%，在圖①中找到對應沉礬率98%下的控制氯化銨系數(shù)為4．

解答： 解：（1）依據圖1中的轉化關系，V₂O₅參與反應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物V₂O₄；根據氧化還原反應的實質寫出并配平a步化學方程式SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；C是VOSO₄轉化為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氧氣，根據化合價的變化寫出C步化學方程式 4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃；
故答案為：SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃；
（2）體系總壓強為0.10M Pa，此時二氧化硫的轉化率為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
平衡時各物質的濃度為：[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就可以達到較高的轉化率，壓強的增加引起SO₂轉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就可以達到較高的轉化率；使用常壓SO₂就可以達到較高的轉化率；
（3）依據離子交換法回收釩的新工藝流程圖分析反應過程中：
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因為NH₄VO₃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(shù)（NH₄Cl加入質量與料液中V₂O₅的質量比）和溫度．根據圖示分析數(shù)據，80℃時沉礬率最高為98%，所以加NH₄Cl的系數(shù)從圖中讀出為4；
故答案為：①②；4；80℃；

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