Question

工業(yè)上以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸主要分為三個(gè)階段進(jìn)行，即煅燒、催化氧化、吸收．請(qǐng)回答下列個(gè)問(wèn)題：

（1）煅燒黃鐵礦形成的爐氣必須經(jīng)除塵、洗滌、干燥，其主要目的是

防止催化劑中毒

．
（2）催化氧化所使用的催化劑釩觸媒（V₂O₅）能加快二氧化硫氧化速率，此過(guò)程中產(chǎn)生了一連串的中間體（如圖一）．其中a、c二步的化學(xué)方程式可表示為：

SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄

、

4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃

．
（3）550℃時(shí)，SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃的平衡轉(zhuǎn)化率（α）與體系總壓強(qiáng)（p）的關(guān)系如圖二所示．則：將2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于5L密閉容器中，反應(yīng)達(dá)平衡后，體系總壓強(qiáng)為0.10M Pa．該反應(yīng)的平衡常數(shù)等于

400 L?mol^-1

．A與B表示不同壓強(qiáng)下的SO₂轉(zhuǎn)化率，通常情況下工業(yè)生產(chǎn)中采用常壓的原因是

使用常壓SO₂就可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率

．

Answer 1

分析：（1）煅燒黃鐵礦形成的爐氣主要是二氧化硫氣體，進(jìn)入接觸室前必須對(duì)氣體繼續(xù)除塵、洗滌、干燥，防止催化劑中毒，影響翠湖氧化的效果；
（2）根據(jù)催化劑參與反應(yīng)過(guò)程生成的中間產(chǎn)物，分析催化劑參與反應(yīng)，最終重新生成來(lái)書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
（3）根據(jù)化學(xué)平衡計(jì)算的三段式進(jìn)行計(jì)算，壓強(qiáng)的增加引起SO₂轉(zhuǎn)化率的變化并不明顯，所以工業(yè)上直接采用常壓；

解答：解：（1）以黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸主要分為三個(gè)階段進(jìn)行，即煅燒、催化氧化、吸收；其中二氧化硫的催化氧化在催化劑表面和空氣中的氧氣接觸反應(yīng)，若氣體中含有雜質(zhì)氣體容易使催化劑中毒，所以煅燒黃鐵礦形成的爐氣必須經(jīng)除塵、洗滌、干燥；故答案為：接觸室，防止催化劑中毒．
（2）依據(jù)圖1中的轉(zhuǎn)化關(guān)系，V₂O₅參與反應(yīng)先做氧化劑把二氧化硫氧化為三氧化硫，本身被還原為圖中產(chǎn)物V₂O₄；根據(jù)氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)寫(xiě)出并配平a步化學(xué)方程式SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；C是VOSO₄轉(zhuǎn)化為SO₃，此過(guò)程需要重新生成催化劑V₂O₅，需要氧化劑完成，此過(guò)程中的氧化劑時(shí)氧氣，根據(jù)化合價(jià)的變化寫(xiě)出C步化學(xué)方程式 4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃；故答案為：SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃；
（3 ）體系總壓強(qiáng)為0.10M Pa，此時(shí)二氧化硫的轉(zhuǎn)化率為80%
                 2SO₂+O₂

催化劑 .

△

2SO₃
起始量（mol）    2    1          0
變化量 （mol）2×0.8 0.8       2×0.8
平衡量 （mol） 0.4   0.2        1.6
平衡時(shí)各物質(zhì)的濃度為：[SO₂]=0.08mol/L，[O₂]=0.04mol/L，[SO₃]=0.32mol/L 代入平衡常數(shù)的計(jì)算式得到
平衡常數(shù)K=

c2(SO3)

c2(SO2)c(O2)

=400 L?mol^-1，
從圖象中可以看出，常壓SO₂就可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率，壓強(qiáng)的增加引起SO₂轉(zhuǎn)化率的變化并不明顯，所以工業(yè)上直接采用常壓；
故答案為：400 L?mol^-1，使用常壓SO₂就可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率；

點(diǎn)評(píng)：本題考查了工業(yè)制硫酸的生產(chǎn)步驟、原理應(yīng)用、注意問(wèn)題，化學(xué)平衡的應(yīng)用和條件選擇，利用信息進(jìn)行判斷和書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式的能力，圖象分析能力，提取釩元素的流程分析和氧化還原反應(yīng)的應(yīng)用．