Question

【題目】閃鋅礦（主要成分ZnS，含Cd、Fe、Cu等元素雜質)是冶煉鋅單質的原料，有兩種常見的冶煉方式：火法煉鋅和濕法煉鋅。兩種方法均先將閃鋅礦加熱焙燒，得到以ZnO為主要成分的焙砂，再分別經過兩條路線得到單質鋅，同時得到副產品。

已知：

(I)相關金屬單質的熔沸點

金屬單質	Zn	Fe	Cu	Cd
熔點(K)	693	1812	1356	594
沸點(K)	1180	3023	2840	1040

(II)幾種離子生成氫氧化物沉淀的pH

	開始沉淀pH	完全沉淀 pH
Fe3+	l.l	3.2
Zn2+	5.9	8.9
Cu2+	4.7	6.7
Cd2+	6.9	9.6

請回答下列問題:

(1)寫出步驟①發生的主要反應的化學方程式___________________。

(2)步驟②若焦炭與ZnO(s)反應生成1mol CO時吸收akJ的熱量，請寫出該反應的熱化學方程示________________。

(3)步驟④中操作I的分離方法為_______，得到副產品粗 鎘需控制溫度為_____左右。

(4)步驟⑦需調節溶液pH為_______，目的是__________。

(5)步驟⑨以Pt為陽極、Al為陰極進行電解的化學方程式為__________。

(6)分別取閃鋅礦200kg，通過火法煉鋅得到Zn的質量為65kg，通過濕法煉鋅得到Zn的質量為78kg，閃鋅礦中ZnS的質量分數約為________。

Answer 1

【答案】2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 ZnO(s) + C(s) Zn(g) + CO (g) △H = + a kJ/mol 蒸餾 1040 K 3.2 < pH < 5.9 除去溶液中的Fe3+ 2ZnSO4 + 2H2O 2Zn + O2↑+ 2H2SO4 48.5%

【解析】

（1）本題考查化學反應方程式的書寫，根據閃鋅礦的主要成分，因此反應①的主要反應是2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2，金屬單質轉化成相應的氧化物；（2）本題考查熱化學反應方程式的書寫，反應的方程式為ZnO＋CCO＋Zn，生成1molCO時，吸收熱量akJ，因此熱化學反應方程式為：ZnO(s) + C(s) Zn(g) + CO (g) △H = + a kJ/mol；（3）本題考查物質的分離和提純，反應②，焦炭作還原劑，把金屬從其氧化物中還原出來，根據金屬的熔沸點，②反應的溫度是1373～1573K，此時Zn和Cd是蒸氣，粗鋅的成分是Zn和Cd，利用其沸點不同，對粗鋅加熱，溫度控制在1040K左右，讓Cd轉化成蒸氣，達到分離的目的，因此此方法是蒸餾；（4）本題考查物質的除雜，根據表格II的數據，以及流程圖，鋅元素以離子形式存在，因此pH控制在3.2到5.9之間，目的是除去Fe3＋；（5）根據流程圖，電解得到99.99%的鋅單質，采用的方法是電解，因此反應方程式為2ZnSO4 + 2H2O 2Zn + O2↑+ 2H2SO4；（6）濕法煉鋅中操作⑧加入鋅單質，因此濕法煉鋅得到鋅不完全來自于閃鋅礦，因此計算質量分數用火法煉鋅中得到鋅進行計算，根據鋅元素守恒，因此ZnS的質量分數為65×97/(65×200)×100%=48.5%。