Question

硫酸的工业制备足一个重要的化工生产过程，但在生产过程中会产生大量污染，需要在生产工艺中考虑到绿色工艺．
I．尾气的吸收和综合利用．
以工业制硫酸的尾气、氨水、石灰石、焦炭、碳酸氯铵和KCI为原料可以合成硫化钙、硫酸钾、亚硫酸铵等物质．合成路线如下：

（1）反应III中氧化剂与还原剂的物质的量之比为

 

．
（2）反应Ⅳ的化学方程式为

 

．
（3）反应V在25℃、40%的乙二醇溶液中进行，该反应能顺利进行的原因为

 

．
Ⅱ．催化剂的回收利用．
SO₂的催化氧化所使用的催化剂为V₂O，实际生产中，催化剂在使用一段时间后，会含有V₂O₅、VOSO₄和SiO₂等，其中VOSO₄能溶于水．回收V₂O₅，的主要流程如下：

（4）若反萃取使用的硫酸用量过大，进一步处理时会增加

 

的用量．
（5）浸取还原过程的产物之一是VOSO₄，反应的化学方程式为

 

．氧化过程的化学方程式为KClO₃+6VOSO₄+3H₂SO₄═3（VO）₂（SO₄）₃+KCl+3H₂O；若两步所用试剂Na₂SO₃与KC1O₃的物质的量之比为12：7，则该催化剂中V₂O₅、VOSO₄的物质的量之比为

 

．

Answer 1

考点：工业制取硫酸,常见的生活环境的污染及治理,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：元素及其化合物

分析：（1）CaSO₄与C反应生成CaS和CO，这是个氧化还原反应，会分析化合价升降，找对氧化剂与还原剂；反应Ⅲ化学方程式为：CaSO₄+4C=CaS+4CO↑，氧化剂为CaSO₄，还原剂为C；
（2）反应Ⅳ为NH₄HCO₃、CaSO₄、NH₃反应生成碳酸钙和硫酸铵；
（3）硫酸钾在不同溶剂中溶解度的不同，以此分析达到析出晶体的目的；
（4）反萃取使用的硫酸用量过大，就需要用碱来中和．
（5）浸取还原过程的产物之一是VOSO₄，据流程图和氧化还原剂原理，可写出反应的化学方程式．据浸取还原过程和氧化过程的先后两个化学方程式可计算出该催化剂中V₂O₅、VOSO₄的物质的量之比．

解答： 解：（1）CaSO₄与C反应为：CaSO₄+4C=CaS+4CO↑，化合价升高的反应物为C，化合价降低的反应物CaSO₄，故答案为：1：4；
（2）反应Ⅳ为NH₄HCO₃、CaSO₄、NH₃反应生成碳酸钙和硫酸铵，故答案为：NH₄HCO₃+NH₃+CaSO₄=CaCO₃↓+（NH₄）₂SO₄；
（3）反应V中选用了40%的乙二醇溶液，温度控制在25℃，此时硫酸钾的产率超过90%，选用40%的乙二醇溶液原因是利用乙二醇降低硫酸钾溶解度，有利于析出，故答案为：K₂SO₄在40%的乙二醇溶液中溶解度更小；
（4）反萃取使用的硫酸用量过大，就需要用碱来中和，据流程图可知该，故答案为：NH₃?H₂O；
（5）浸取还原过程的产物之一是VOSO₄，V化合价为+4，据是还原过程可得原反应物是更高价的V，即为V₂O₅，故答案为：Na₂SO₃+V₂O₅+2H₂SO₄=2VOSO₄+Na₂SO₄+2H₂O
假设两步所用试剂Na₂SO₃与KC1O₃的物质的量为12mol：7mol，分别据两个方程式：
Na₂SO₃+V₂O₅+2H₂SO₄=2VOSO₄+Na₂SO₄+2H₂O        KClO₃+6VOSO₄+3H₂SO₄═3（VO）₂（SO₄）₃+KCl+3H₂O
12mol 12mol        24mol                    7mol  42mol
该催化剂中VOSO₄的物质的量为42mol-24mol=18mol，因此该催化剂中V₂O₅、VOSO₄的物质的量之比为 12mol：18mol=2：3                 
故答案为：2：3．

点评：本题比较综合，涉及氧化还原、离子反应方程式书写、化学反应的计算等，把握习题中的信息及发生的化学反应为解答的关键，注意图象及数据的分析与利用，较好的考查学生分析问题、解决问题的能力，题目难度较大．