Question

【題目】工業(yè)上接觸法生產(chǎn)硫酸的主要反應為：SO2(g)+ O2(g)SO3(g)。

（1）恒溫恒壓下，平衡體系中SO3體積分數(shù)與SO2、O2物質的量之比的關系如圖1,則b 點n(SO2)/n(O2)=_____________________。

（2）①該反應的催化劑為V2O5,其催化反應過程為：SO2+V2O5SO3+V2O4 K1 O2+V2O4 V2O5 K2。則在相同溫度下2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)的平衡常數(shù)K=_________(以含K1、K2的代數(shù)式表示)。

②V2O5加快反應速率的原因______________________。

（3）某實驗從廢釩催化劑(主要成分為V2O5和V2O4) 中回收V2O5,其簡要過程如下：

(VO2+和VO2+可看成是釩相應價態(tài)的簡單陽離子完全水解的產(chǎn)物)

①寫出水解生成VO2+的離子方程式____________________________。

②在沉釩時，為使釩元素的沉淀率達到98%，至少應調節(jié)溶液中的c(NH4+)為_________(25℃，Ksp (NH4VO3) =1.6×10-3，溶液體積變化忽略不計)

（4）在保持體系總壓為0.1MPa的條件下進行反應：SO2(g)+ O2(g)SO3(g),原料氣中SO2 和O2的濃度之比(k)不同時，SO2的平衡轉化率與溫度(t) 的關系如圖2所示：

①圖中k1、k2、k3的由大到小的順序為____________，理由是___________________。

②圖2 中A 點原料氣成分為n(SO2)∶ n(O2)∶n(N2)=7∶11∶82。若反應開始時容器體積為V1，A點時容器體積為V2,則V1∶V2=_________(保留三個有效數(shù)字)

③近年，有人研發(fā)出用氧氣代替空氣的新工藝，使SO2趨于完全轉化。此工藝的優(yōu)點除了能充分利用含硫的原料外，主要還有____________________。

Answer 1

【答案】 2 (K1×K2)2 降低反應的活化能，活化分子百分數(shù)增大，有效碰撞幾率提高 V5++2H2O=VO2++4H+ 0.8mol/L k1>k2>k3 相同溫度和壓強下，K值越小，氧氣濃度越大，平衡正向移動，二氧化硫的轉化率越高 1.03∶1 無尾氣排放，不污染環(huán)境

【解析】(1)根據(jù)方程式，當n(SO2)/n(O2)=2時，反應生成的三氧化硫最多，故答案為：2；

(2)①i.SO2+V2O5SO3+V2O4K1，ii. O2+V2O4V2O5 K2。根據(jù)蓋斯定律，將2×(i+ii)得：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，則K=(K1×K2)2，故答案為：(K1×K2)2；

②V2O5能夠降低反應的活化能，活化分子百分數(shù)增大，有效碰撞幾率提高，反應速率加快，故答案為：降低反應的活化能，活化分子百分數(shù)增大，有效碰撞幾率提高；

(3)①VO2+和VO2+中V元素的化合價分別為+5價和+4價，VO2+和VO2+可看成是釩相應價態(tài)的簡單陽離子完全水解的產(chǎn)物，則水解生成VO2+的離子方程式為V5++2H2O=VO2++4H+，故答案為：V5++2H2O=VO2++4H+；

②溶液中c(VO3-)=0.1mol/L，為使釩元素的沉淀率達到98%，則沉淀后c(VO3-)=0.002mol/L，由Ksp(NH4VO3)=1.6×10-3可知c(NH4+)=mol/L=0.8mol/L，故答案為：0.8mol/L；

(4)①相同溫度和壓強下，K越小，氧氣濃度越大，平衡正向移動，則二氧化硫的轉化率越大，則k1＞k2＞k3，故答案為：k1＞k2＞k3；相同溫度和壓強下，K值減小，氧氣濃度越大，平衡正向移動，二氧化硫轉化率越高；

② 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)

起始(mol) 7 11 82

反應(mol)7×88% 3.5×88% 7×88%

平衡(mol)7×12% 11-3.5×88% 82+7×88%

壓強相同時，氣體的體積之比等于物質的量之比==，故答案為： ；

③用氧氣代替空氣，二氧化硫幾乎完全轉化，則無尾氣排放，故答案為：無尾氣排放，不污染環(huán)境。