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

Question

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(V 2 O 5 )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1) 其中a、c二步反应的化学方程式可表示为： 、 。(3)550℃时，SO 2 转化为SO 3 的平衡转化率( α )与体系总压强( P )的关系如图2所示， 则：将2.0mol SO 2 和1.0mol O 2 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SO 2 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V 2 O 5 、VOSO 4 及不溶性残渣，查阅资料知：VOSO 4 可溶于水，V 2 O 5 难溶于水，NH 4 VO 3 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(NH 4 Cl加入质量与料液中V 2 O 5 的质量比)和温度。根据下图试建议控制氯化铵系数和温度： 、 。

Answer 1

(1)接触室   防止催化剂中毒 (2)SO 2 +V 2 O 5 SO 3 +V 2 O 4         VOSO 4 +O 2 2V 2 O 5 +4SO 3 (3)在常压下SO 2 就可以达到较高的转化率 (4)①②  V 2 O 5 +SO 3 2 ﹣ +4H + =2VO 2+ +SO 4 2 ﹣ +2H 2 O      4     80℃

(1)黄铁矿燃烧生成的二氧化硫气体为防止催化剂中毒，经过除尘、洗涤、干燥后进入接触室催化氧化为三氧化硫； (2)从已知信息知，V 2 O 5 起催化作用，a中V 2 O 5 变成了V 2 O 4 ，说明V化合价降低，所以S元素的化合价升高，则发生的反应是SO 2 +V 2 O 5 SO 3 +V 2 O 4 ，同理在c中，V的化合价升高，则O元素的化合价降低，则发生的反应是VOSO 4 +O 2 2V 2 O 5 +4SO 3 。 (3)二氧化硫催化氧化是气体体积减少的放热反应，依据化学平衡移动原理可知温度越低，压强越大，平衡越向正向进行，二氧化硫的转化率越大，但通过图象分析在常压下，二氧化硫的转化率已经很大，增大压强对提高二氧化硫的转化率提高不大，但增大压强会对设备有更高的要求，增加成本，所以通常情况下工业生产中采用常压； (4)由所给的图示可知，属于氧化还原反应是①②；已知VOSO 4 可溶于水，V 2 O 5 难溶于水，废钒催化剂中含有V 2 O 5 、VOSO 4 及不溶性残渣水浸过滤后，得到的滤渣为不溶性杂质和V 2 O 5 ，滤液为VOSO 4 的溶液，滤渣的成分是V 2 O 5 ，在酸性条件下，亚硫酸根离子具有还原性，所以发生的反应是V 2 O 5 +SO 3 2 ﹣ +4H + =2VO 2+ +SO 4 2 ﹣ 。 (5)已知VOSO 4 可溶于水，V 2 O 5 难溶于水，NH 4 VO 3 难溶于水，①中加入亚硫酸钠的作用是还原V 2 O 5 为溶于水的VOSO 4 ；②加入KClO 3 的目的，根据流程物质的变化可知将VOSO 4 氧化为(VO 2 ) 2 SO 4 ；③根据NH 4 VO 3 难溶于水，利用复分解反应沉淀VO 3 - ，不是氧化还原反应，⑤NH 4 VO 3 变为V 2 O 5 是化合价不变的分解反应，不是氧化还原反应；沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数(NH 4 Cl加入质量与料液中V 2 O 5 的质量比)和温度，依据图象可知，温度80°C时的沉钒率最高为98%，在氯化铵系数图象中对应沉钒率98%时控制氯化铵系数为4和80℃。