Question

【化学——选修2：化学与技术】（15分）工业上以黄铁矿为原料生产硫酸主要分为三个阶段进行，即煅烧、催化氧化、吸收。请回答下列问题：

（1）煅烧黄铁矿形成的炉气必须经除尘、洗涤、干燥后进入            （填设备名称），其主要目的是                           。

（2）催化氧化所使用的催化剂钒触媒（V₂O₅）能加快二氧化硫氧化速率，此过程中产生了一连串的中间体（如图），其中a、c二步反应的化学方程式可表示为：       、      。

（3）550℃时，SO₂转化为SO₃的平衡转化率（α）与体系总压强（P）的关系如图所示，则：将2．0mol SO₂和1．0mol O₂置于5L密闭容器中，反应达平衡后，体系总压强为0．10M Pa，A与B表示不同压强下的SO₂转化率，通常情况下工业生产中采用常压的原因是：       。

（4）为循环利用催化剂，科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，回收率达91．7%以上。已知废钒催化剂中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣，查阅资料知：VOSO₄可溶于水，V₂O₅难溶于水，NH₄VO₃难溶于水。该工艺的流程如图如下：

则反应①②③④中属于氧化还原反应的是            （填数字序号），反应①的离子方程式为                                        ，该工艺中反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关键之一，沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数（NH₄Cl加入质量与料液中V₂O₅的质量比）和温度。根据下图试建议控制氯化铵系数和度：            、            。

Answer

（1）接触室（1分） 防止催化剂中毒（2分）

（2）SO2+V2O5==SO3+V2O4（2分） VOSO4+O2==2V2O5+4SO3（2分）

（3）使用常压SO2就可以达到较高的转化率（2分）

（4）①②（2分） V2O5+SO32﹣+4H+=2VO2++SO42﹣+2H2O（2分） 4（1分） 80℃（1分）

【解析】

试题分析：（1）煅烧黄铁矿形成的炉气必须经除尘、洗涤、干燥后才能进入接触室，是应为防止催化剂中毒，影响反应的转化率，故答案填接触室；

（2）既然V2O5作催化剂，那么在SO2被氧化成SO3时，反应前后质量不变，由提示可知，a步骤中V2O5生成了V2O4，V的化合价降低，故S元素化合价升高故方程式为：SO2+V2O5==SO3+V2O4 又因为c步骤中VOSO4生成了SO3，V的化合价升高，那么O的化合价就降低， 故方程式为：4VOSO4+O2==2V2O5+4SO3；

（3）2SO2 + O2 2SO3 △H<0，该反应放热，且正反应方向气体体积减小，根据化学平衡原理，可知温度降低，反应向放热方向进行，气体体积减小，压强减小，那么二氧化硫的转化率增大，但图像显示，在常压下二氧化硫的转化率已经很高，那么再增大压强对二氧化硫的转化率影响不大，但是却要提高设备对压强的适应要求，从而加大了成本，故通常情况下，使用常压生产；

（4）由于VOSO4溶于水，V2O5和NH4VO3难溶于水。废钒催化剂中含有V2O5、VOSO4以及不溶于水的残渣，过滤后得到的固体物质是残渣和V2O5，滤液为VOSO4，①加入Na2SO3的目的是将不溶于水的V2O5转化为溶于水的VOSO4；②的目的是利用KClO3把VOSO4转化为（VO2）2SO4；③的目的是将VO3-转化为难容于水的NH4VO3；④的目的是使NH4VO3分解从而得到V2O5，其中属于氧化还原反应的是①②；反应①的离子方程式为V2O5+SO32﹣+4H+=2VO2++SO42﹣+2H2O；反应③中的沉淀率是回收钒的重点，沉钒率的高低除了受到溶液的酸碱性影响外，还需要控制氯化铵的物质的量和温度．根据图示分析数据，80℃时沉矾率最高，所以加NH4Cl的系数为4；

考点：考查化学反应与工业生产生活的联系，化学实验的分析整理能力等相关知识点