工业上接触法生产硫酸的主要反应之一是:在一定的温度、压强和钒催化剂存在的条件下,SO2被空气中的O2氧化为SO3。(1)V2O5是钒催化剂的活性成分,郭汗贤等提出:V2O5在对反应I的
工业上接触法生产硫酸的主要反应之一是:在一定的温度、压强和钒催化剂存在的条件下,SO2被空气中的O2氧化为SO3。
(1)V2O5是钒催化剂的活性成分,郭汗贤等提出:V2O5在对反应I的催化循环过程中,经历了Ⅱ、Ⅲ两个反应阶段,图示如下:
①有关气体分子中1mol化学键断裂时需要吸收的能量数据如下:
由此计算反应I的△H= kJ.mol-1。
②反应Ⅱ、Ⅲ的化学方程式为 、____ 。
(2)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:
①VO2+和VO2+可看成是钒相应价态的简单阳离子完全水解的产物。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]。
(3)在保持体系总压为0.1 MPa的条件下进行反应:SO2(g)+1/2O2(g)SO3(g),原料气中SO2和O2的物质的量之比(k)不同时,SO2的平衡转化率与温度(t)的关系如右图所示:
①图中k1、k2、 k3的大小顺序为____,理由是____。
②该反应的化学平衡常数Kp表达式为 (用平衡分压代替平衡浓度表示)。图中A点原料气的成分是:n(SO2):n(O2):n(N2)=7:11: 82,达平衡时SO2的分压p( SO2)的计算式为_ ___(分压=总压×物质的量分数)。
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____。
【答案】(1)①- 98 kJ·mol-1;②SO2+V2O5V2O4·SO3,V2O4·SO3 +O2
2V2O5+2SO3。
(2)①V5++2H2OVO2++4H+;②0.8mol/L。
(3)①k1>k2>k3,相同温度和压强下,k值减小,O2浓度增大,平衡正向移动,SO2的平衡转化率增大;②Kp=P(SO3)/P(SO2)P1/2(O2)。0.1 MPa ×(7-7×88%)/(100-0.5×7×88%)。③无尾气排放,不污染环境。
【解析】
试题分析:(1)①化学反应的焓变等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和,结合题给数据计算反应SO2(g)+1/2O2(g) SO3(g);ΔH =(535×2+1/2×496-3×472)kJ·mol-1=- 98 kJ·mol-1。
②根据题给转化关系知反应Ⅱ的化学方程式为SO2+V2O5V2O4·SO3,反应Ⅲ的化学方程式为2V2O4·SO3 +O2
2V2O5+2SO3。
(2)①根据题给信息知VO2+中钒元素的化合价为+5价,V5+完全水解生成VO2+,离子方程式为V5++2H2OVO2++4H+。②在沉钒时,起始溶液中VO3+浓度为0.1mol/L,钒元素的沉淀率达到98%,沉钒后溶液中VO3-浓度为0.002mol/L,结合Ksp(NH4VO3)= c(NH4+) c(VO3-)=1.6×10 -3,至少应调节溶液中的c(NH4+)为0.8mol/L。
(3)①当其他条件不变时,增大氧气的浓度,平衡正向移动,SO2的平衡转化率增大,即SO2和O2的物质的量之比越大,SO2的平衡转化率越小,根据图像知当温度相同时,k1时SO2的平衡转化率最小,k1最大,k3时SO2的平衡转化率最大,k3最小,故图中k1、k2、 k3的大小顺序为k1>k2>k3,理由是相同温度和压强下,k值减小,O2浓度增大,平衡正向移动,SO2的平衡转化率增大。②该反应的化学平衡常数Kp表达式为Kp=P(SO3)/P(SO2)P1/2(O2)。设图中A点原料气的成分是:n(SO2)=7mol,n(O2)=11mol,n(N2)=82mol,达平衡时SO2的平衡转化率为为88%,根据反应SO2(g)+1/2O2(g) SO3(g)结合差量法分析,达平衡时n(SO2)=(7-7×88%)mol=0.84mol,n总=(100-0.5×7×88%)mol ,达平衡时SO2的分压p( SO2)的计算式为0.1 MPa ×(7-7×88%)/(100-0.5×7×88%)。③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,主要还有无尾气排放,不污染环境。
考点:考查反应热的计算,化学方程式、离子方程式的书写及化学平衡图像分析。
汞的测定硫氰酸盐滴定法试剂配制硫酸亚铁铵溶液(20g/L):称取2g硫酸亚铁铵溶于100mL5%( 2020-05-17 …
冬季如何存储液体化学试剂硫酸、盐酸、氨水、氢氟酸、双氧水在北方的,冬天储存温湿度有什么要求啊? 2020-06-05 …
(1/2)V升硫酸铁溶液中含有a克硫酸根离子,硫酸根离子的物质的量浓度为?取此溶液0.5V升,铁离 2020-06-12 …
食品保鲜剂、脱氧剂、脱酸素剂有什么区别?最近我看到超市里的食品中有一些小袋子,开始我以为是干燥剂. 2020-06-20 …
化学学科中的平衡理论主要包括:化学平衡、电离平衡、水解平衡和溶解平衡五种,且均符合勒夏特列原理.请 2020-06-22 …
某些溶剂对酸有区分效应,为区分HClHClO4H2SO4HNO3的酸性的强弱应选用下列那种溶剂?A 2020-07-25 …
氰化钠氢化亚铜氢氧化钠酒石酸钾钠硫酸镍氢化镍硼酸NP-A湿润剂硫酸亚锡硫酸161开缸剂161辅助剂1 2020-11-01 …
一位学生将葡萄糖和酵母菌溶液放入一个保温瓶中,并用带有两个孔的塞子封口(如图),酵母-葡萄糖溶液的温 2020-11-04 …
初中化学问题一、酸与酸碱指示剂:酸能使紫色石蕊试液变红色,不能使无色酚酞试液变色问题:1、是酸溶液变 2020-11-23 …
配这种脱色液,应该如何计算乙醇,乙酸和ddH2O的量?30%(V/V)乙醇5%(V/V)乙酸65%( 2021-02-05 …