Question

【題目】我國是世界上較早冶煉鋅的國家。在現代工業中，鋅更是在電池制造、合金生產等領域有著廣泛的用途。

已知：鋅的熔點為419.6℃，沸點907℃。

I．圖是古代以爐甘石(ZnCO3)為原料煉鋅的示意圖。

(1)泥罐內的主要反應為：

i．ZnCO3(s) = ZnO(s) + CO2(g) H1

ii．CO2(g) + C(s) = 2CO(g) H 2

……

總反應：ZnCO3(s) + 2C(s) = Zn(g) + 3CO(g) H3

利用H1和H 2計算時H3，還需要利用_________反應的H。

(2)泥罐中，金屬鋅的狀態變化是_____；d口出去的物質主要是_______。

Ⅱ．現代冶煉鋅主要采取濕法工藝。以閃鋅礦(主要成分為ZnS，還含鐵等元素)、軟錳礦(主要成分為MnO2，還含鐵等元素)為原料聯合生產鋅和高純度二氧化錳的一種工藝的主要流程如下：

(3)浸出：加入FeSO4能促進ZnS的溶解，提高鋅的浸出率，同時生成硫單質。Fe2+的作用類似催化劑，“催化”過程可表示為：

ⅰ：MnO2＋2Fe2+＋4H+ ＝Mn2+＋2Fe3+＋2H2O

ⅱ：……

① 寫出ⅱ的離子方程式：_________。

② 下列實驗方案可證實上述“催化”過程。將實驗方案補充完整。

a．向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液幾乎無色，再加入少量MnO2，溶液變紅。

b．________。

(4)除鐵：已知①進入除鐵工藝的溶液的pH約為3；②控制溶液pH為2.5～3.5，使鐵主要以FeOOH沉淀的形式除去。結合離子方程式說明，通入空氣需同時補充適量ZnO的理由是_________。

(5)電解：用惰性電極電解時，陽極的電極反應是______。

(6)電解后的溶液中可循環利用的物質是___________。

Answer 1

【答案】ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g) 氣態變為液態 CO和Zn蒸氣 ZnS+2Fe3+ = Zn2++2Fe2++S 取a中紅色溶液，向其中加入ZnS，振蕩，紅色褪去 通入空氣時，發生反應4Fe2+＋O2＋8H2O＝ 4FeOOH＋8H+使溶液的pH下降，加入的ZnO與H+發生反應ZnO+ 2H+ ＝H2O+Zn2+，可控制溶液pH Mn2+ - 2e-+2H2O = MnO2+4H+ 硫酸

【解析】

I．古代以爐甘石(ZnCO3)為原料煉鋅的各步反應：i．ZnCO3(s) = ZnO(s) + CO2(g)、CO2(g) + C(s) = 2CO(g) 、ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g)，總反應：ZnCO3(s) + 2C(s) = Zn(g) + 3CO(g)，反應區溫度達到1100～1300℃，Zn變為蒸氣與雜質分離，在“兜室”冷凝為液體流出（冷凝區溫度高于Zn的熔點），為防止Zn被氧化而用“泥封”隔絕空氣，出口“鋅火”是未反應完的CO和Zn蒸氣從“兜室”逸出燃燒。

Ⅱ．現代冶煉鋅流程圖中的各步反應：

浸出：ⅰ：MnO2＋2Fe2+＋4H+ ＝Mn2+＋2Fe3+＋2H2O，ii．ZnS+2Fe3+ = Zn2++2Fe2++S，總把反應：MnO2＋ZnS+4H+ Mn2++S+Zn2++2H2O；

除鐵：4Fe2+＋O2＋8H2O＝4FeOOH＋8H+使溶液的pH下降，加入的ZnO與H+發生反應ZnO+ 2H+＝H2O+Zn2+，可控制溶液pH；

電解：用惰性電極電解時，陽極的電極反應是Mn2+ - 2e-+2H2O = MnO2+4H+，生成的硫酸和MnO2循環使用。陰極：Zn2＋＋2e－=Zn。

I．（1）泥罐內的主要反應為：

i．ZnCO3(s) = ZnO(s) + CO2(g) H1

ii．CO2(g) + C(s) = 2CO(g) H 2

……

總反應：ZnCO3(s) + 2C(s) = Zn(g) + 3CO(g) H3

根據蓋斯定律：總反應-i-ii得ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g)，H=H3-H1-H 2，利用H1和H 2計算時H3，還需要利用ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g)反應的H。故答案為：ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g)；

（2）鋅的熔點為419.6℃，沸點907℃，泥罐中，溫度由1100～1300℃變成500～700℃，金屬鋅的狀態變化是氣態變為液態；出口處主要是末反應CO和Zn蒸氣在出口處燃燒，形成“鋅火”，d口出去的物質主要是CO和Zn蒸氣。故答案為：氣態變為液態；CO和Zn蒸氣；

Ⅱ．（3）① Fe2+的作用類似催化劑，ⅱ中應將Fe3+還原成Fe2+，ZnS的溶解的離子方程式：ZnS+2Fe3+ = Zn2++2Fe2++S。故答案為：ZnS+2Fe3+ = Zn2++2Fe2++S；

② 證實上述“催化”過程的實驗方案：

a．檢驗Fe2+被氧化成Fe3+：向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液幾乎無色，再加入少量MnO2，溶液變紅。

b．檢驗Fe3+被還原成Fe2+：取a中紅色溶液，向其中加入ZnS，振蕩，紅色褪去。故答案為：取a中紅色溶液，向其中加入ZnS，振蕩，紅色褪去；

（4）除鐵：通入空氣需同時補充適量ZnO的理由是：通入空氣時，發生反應4Fe2+＋O2＋8H2O＝4FeOOH＋8H+使溶液的pH下降，加入的ZnO與H+發生反應ZnO+ 2H+＝H2O+Zn2+，可控制溶液pH。故答案為：通入空氣時，發生反應4Fe2+＋O2＋8H2O＝ 4FeOOH＋8H+使溶液的pH下降，加入的ZnO與H+發生反應ZnO+ 2H+ ＝H2O+Zn2+，可控制溶液pH；

（5）電解：用惰性電極電解時，陽極發生氧化反應，將Mn2+氧化成MnO2，陽極的電極反應是Mn2+ - 2e-+2H2O = MnO2+4H+。故答案為：Mn2+ - 2e-+2H2O = MnO2+4H+；

（6）電解后的溶液中生成硫酸，可循環利用。故答案為：硫酸。