Question

工業上以黃鐵礦為原料生產硫酸主要分為三個階段進行，即煅燒、催化氧化、吸收．請回答下列個問題：

（1）煅燒黃鐵礦形成的爐氣必須經除塵、洗滌、干燥，其主要目的是______．
（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，此過程中產生了一連串的中間體（如圖一）．其中a、c二步的化學方程式可表示為：______、______．
（3）550℃時，SO₂轉化為SO₃的平衡轉化率（α）與體系總壓強（p）的關系如圖二所示．則：將2.0mol SO₂和1.0mol O₂置于5L密閉容器中，反應達平衡后，體系總壓強為0.10M Pa．該反應的平衡常數等于______．A與B表示不同壓強下的SO₂轉化率，通常情況下工業生產中采用常壓的原因是______．

Answer 1

【答案】分析：（1）煅燒黃鐵礦形成的爐氣主要是二氧化硫氣體，進入接觸室前必須對氣體繼續除塵、洗滌、干燥，防止催化劑中毒，影響翠湖氧化的效果；
（2）根據催化劑參與反應過程生成的中間產物，分析催化劑參與反應，最終重新生成來書寫化學方程式；
（3）根據化學平衡計算的三段式進行計算，壓強的增加引起SO₂轉化率的變化并不明顯，所以工業上直接采用常壓；
解答：解：（1）以黃鐵礦為原料生產硫酸主要分為三個階段進行，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，若氣體中含有雜質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除塵、洗滌、干燥；故答案為：接觸室，防止催化劑中毒．
（2）依據圖1中的轉化關系，V₂O₅參與反應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物V₂O₄；根據氧化還原反應的實質寫出并配平a步化學方程式SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；C是VOSO₄轉化為SO₃，此過程需要重新生成催化劑V₂O₅，需要氧化劑完成，此過程中的氧化劑時氧氣，根據化合價的變化寫出C步化學方程式 4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃；故答案為：SO₂+V₂O₅?SO₃+V₂O₄；4VOSO₄+O₂?2V₂O₅+4SO₃；
（3 ）體系總壓強為0.10M Pa，此時二氧化硫的轉化率為80%
                 2SO₂+O₂2SO₃
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
平衡時各物質的濃度為：[SO₂]=0.08mol/L，[O₂]=0.04mol/L，[SO₃]=0.32mol/L 代入平衡常數的計算式得到
平衡常數K==400 L?mol^-1，
從圖象中可以看出，常壓SO₂就可以達到較高的轉化率，壓強的增加引起SO₂轉化率的變化并不明顯，所以工業上直接采用常壓；
故答案為：400 L?mol^-1，使用常壓SO₂就可以達到較高的轉化率；
點評：本題考查了工業制硫酸的生產步驟、原理應用、注意問題，化學平衡的應用和條件選擇，利用信息進行判斷和書寫化學方程式的能力，圖象分析能力，提取釩元素的流程分析和氧化還原反應的應用．