Question

（1）钒触媒（V₂O₅）是二氧化硫氧化的催化剂，在催化氧化的过程中产生了一连串的中间体（如图1所示）．其中a、c二步的化学方程式可表示为：

 

、

 

．
（2）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2所示．A与B表示不同压强下的SO₂转化率，试分析通常情况下工业生产中采用常压的原因是

 

．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．试计算反应2SO₃?2SO₂+O₂ 在550℃时的平衡常数．
（3）为循环利用催化氧化所使用的催化剂钒触媒（V₂O₅），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3所示．则：反应①②③④中属于氧化还原反应的是

 

（填数字序号）．该工艺中反应③的沉淀率（又称沉矾率）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．根据如图4所示试建议控制氯化铵系数和温度：氯化铵系数为

 

、温度为

 

．

Answer 1

考点：化学平衡的计算,氧化还原反应,化学平衡的调控作用,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：化学平衡专题

分析：（1）根据催化剂参与反应过程生成的中间产物，分析催化剂参与反应，最终重新生成来书写化学方程式；
（2）根据化学平衡计算的三段式进行计算，压强的增加引起SO₂转化率的变化并不明显，所以工业上直接采用常压；
（3）根据流程中钒元素的存在化合物中的化合价的变化，判断出发生氧化还原反应的是①②；反应①是利用亚硫酸钠在酸性溶液中的还原性把难溶的V₂O₅转化为易溶于水的VOSO₄便于钒的提取；根据图1和图2分析坐标系中的表示含义，结合图②中的沉矾率在80度C时最大，约为98%，在图①中找到对应沉矾率98%下的控制氯化铵系数为4．

解答： 解：（1）依据图1中的转化关系，V₂O₅参与反应先做氧化剂把二氧化硫氧化为三氧化硫，本身被还原为图中产物V₂O₄；根据氧化还原反应的实质写出并配平a步化学方程式SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；C是VOSO₄转化为SO₃，此过程需要重新生成催化剂V₂O₅，需要氧化剂完成，此过程中的氧化剂时氧气，根据化合价的变化写出C步化学方程式 4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃；
故答案为：SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃；
（2）体系总压强为0.10M Pa，此时二氧化硫的转化率为80%
                2SO₂+O₂

催化剂 .

△

2SO₃
起始量（mol）  2      1          0
变化量 （mol）2×0.8  0.8    2×0.8
平衡量 （mol） 0.4   0.2        1.6
平衡时各物质的浓度为：[SO₂]=0.08mol/L，[O₂]=0.04mol/L，[SO₃]=0.32mol/L 代入平衡常数的计算式得到
平衡常数K=

c2(SO3)

c2(SO2)c(O2)

=400 L?mol^-1，
从图象中可以看出，常压SO₂就可以达到较高的转化率，压强的增加引起SO₂转化率的变化并不明显，所以工业上直接采用常压；
故答案为：400 L?mol^-1，使用常压SO₂就可以达到较高的转化率；使用常压SO₂就可以达到较高的转化率；
（3）依据离子交换法回收钒的新工艺流程图分析反应过程中：
①的目的是把难溶的五氧化二钒还原为溶于水的VOSO₄；
②的目的是用KClO₃还原为VOSO₄为（VO₂）₂SO₄；
③因为NH₄VO₃难溶于水，此步骤的目的是沉淀VO₃^-
④是分解NH₄VO₃得到V₂O₅；
工艺中反应③的沉淀率（又称沉矾率）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．根据图示分析数据，80℃时沉矾率最高为98%，所以加NH₄Cl的系数从图中读出为4；
故答案为：①②；4；80℃；

点评：本题考查了工业制硫酸的生产步骤、原理应用、注意问题，化学平衡的应用和条件选择，利用信息进行判断和书写化学方程式的能力，图象分析能力，提取钒元素的流程分析和氧化还原反应的应用．