Question

【题目】工业上接触法生产硫酸的主要反应为：SO2(g)+ O2(g)SO3(g)。

（1）恒溫恒压下，平衡体系中SO3体积分数与SO2、O2物质的量之比的关系如图1,则b 点n(SO2)/n(O2)=_____________________。

（2）①该反应的催化剂为V2O5,其催化反应过程为：SO2+V2O5SO3+V2O4 K1 O2+V2O4 V2O5 K2。则在相同温度下2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的平衡常数K=_________(以含K1、K2的代数式表示)。

②V2O5加快反应速率的原因______________________。

（3）某实验从废钒催化剂(主要成分为V2O5和V2O4) 中回收V2O5,其简要过程如下：

(VO2+和VO2+可看成是钒相应价态的简单阳离子完全水解的产物)

①写出水解生成VO2+的离子方程式____________________________。

②在沉钒时，为使钒元素的沉淀率达到98%，至少应调节溶液中的c(NH4+)为_________(25℃，Ksp (NH4VO3) =1.6×10-3，溶液体积变化忽略不计)

（4）在保持体系总压为0.1MPa的条件下进行反应：SO2(g)+ O2(g)SO3(g),原料气中SO2 和O2的浓度之比(k)不同时，SO2的平衡转化率与温度(t) 的关系如图2所示：

①图中k1、k2、k3的由大到小的顺序为____________，理由是___________________。

②图2 中A 点原料气成分为n(SO2)∶ n(O2)∶n(N2)=7∶11∶82。若反应开始时容器体积为V1，A点时容器体积为V2,则V1∶V2=_________(保留三个有效数字)

③近年，有人研发出用氧气代替空气的新工艺，使SO2趋于完全转化。此工艺的优点除了能充分利用含硫的原料外，主要还有____________________。

Answer 1

【答案】 2 (K1×K2)2 降低反应的活化能，活化分子百分数增大，有效碰撞几率提高 V5++2H2O=VO2++4H+ 0.8mol/L k1>k2>k3 相同温度和压强下，K值越小，氧气浓度越大，平衡正向移动，二氧化硫的转化率越高 1.03∶1 无尾气排放，不污染环境

【解析】(1)根据方程式，当n(SO2)/n(O2)=2时，反应生成的三氧化硫最多，故答案为：2；

(2)①i.SO2+V2O5SO3+V2O4K1，ii. O2+V2O4V2O5 K2。根据盖斯定律，将2×(i+ii)得：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，则K=(K1×K2)2，故答案为：(K1×K2)2；

②V2O5能够降低反应的活化能，活化分子百分数增大，有效碰撞几率提高，反应速率加快，故答案为：降低反应的活化能，活化分子百分数增大，有效碰撞几率提高；

(3)①VO2+和VO2+中V元素的化合价分别为+5价和+4价，VO2+和VO2+可看成是钒相应价态的简单阳离子完全水解的产物，则水解生成VO2+的离子方程式为V5++2H2O=VO2++4H+，故答案为：V5++2H2O=VO2++4H+；

②溶液中c(VO3-)=0.1mol/L，为使钒元素的沉淀率达到98%，则沉淀后c(VO3-)=0.002mol/L，由Ksp(NH4VO3)=1.6×10-3可知c(NH4+)=mol/L=0.8mol/L，故答案为：0.8mol/L；

(4)①相同温度和压强下，K越小，氧气浓度越大，平衡正向移动，则二氧化硫的转化率越大，则k1＞k2＞k3，故答案为：k1＞k2＞k3；相同温度和压强下，K值减小，氧气浓度越大，平衡正向移动，二氧化硫转化率越高；

② 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

起始(mol) 7 11 82

反应(mol)7×88% 3.5×88% 7×88%

平衡(mol)7×12% 11-3.5×88% 82+7×88%

压强相同时，气体的体积之比等于物质的量之比==，故答案为： ；

③用氧气代替空气，二氧化硫几乎完全转化，则无尾气排放，故答案为：无尾气排放，不污染环境。