Question

（2009?靜安區(qū)一模）火法煉鋅是將閃鋅礦（主要含ZnS）焙燒使它轉(zhuǎn)化為氧化鋅，再把氧化鋅和焦炭混合，在鼓風(fēng)爐中加熱至1100-1300℃，使鋅蒸餾出來(lái)（設(shè)空氣中N₂、0₂的體積分?jǐn)?shù)分別為0.8、0.2）．主要反應(yīng)為：
焙燒爐中：2ZnS（s）+3O₂→2ZnO（s）+2SO₂ （g）    ①
鼓風(fēng)爐中：2C（s）+O₂ （g）→2C0（g）           ②
鼓風(fēng)爐中：ZnO（s）+CO（g）?Zn（g）+CO₂（g）       ③
（1）ZnS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62%的閃鋅礦（雜質(zhì)不含鋅）鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

41.5

%（保留小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)字）．
（2）焙燒爐產(chǎn)生的爐氣中SO₂的體積分?jǐn)?shù)不超過(guò)

14.3

%（保留小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)字）．
（3）鼓風(fēng)爐容積固定，爐內(nèi)部分氣態(tài)物質(zhì)物質(zhì)的量濃度（mol/L）變化如下：

時(shí)間/min	C0	Zn	CO2
0	0.11	0	0
2	0.1	0.01	0.01
3	0.01	0.1	0.1
4	0.01	0.1	0.1

則鼓風(fēng)爐中C0的總轉(zhuǎn)化率為

90.9%

；若生產(chǎn)中C0的總利用率為98%，則每生產(chǎn)1mol Zn至少需補(bǔ)充焦炭

12.25

g．
（4）若ZnS全部轉(zhuǎn)化為Zn．焙燒爐出來(lái)的N₂、O₂、SO₂的混合氣體中N₂占82.5%，鼓風(fēng)爐中C0的轉(zhuǎn)化率為62.5%，而O₂無(wú)剩余．則每生產(chǎn)1molZn，應(yīng)向焙燒爐和鼓風(fēng)爐中鼓入新鮮空氣共為

459.2

L（STP）．

Answer 1

分析：（1）計(jì)算出ZnS中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω（Zn），閃鋅礦中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62%×ω（Zn）；
（2）假定有2molZnS，最少通入3molO₂，計(jì)算出生成的SO₂的物質(zhì)的量，及未反應(yīng)的N₂的物質(zhì)的量，利用體積方式計(jì)算；
（3）根據(jù)轉(zhuǎn)化率的定義計(jì)算C0的總轉(zhuǎn)化率；
令需焦炭質(zhì)量為mg，實(shí)際利用的為89%mg，由方程式可得，關(guān)系式ZnO（s）～C（s），即n（ZnO）=n（C），據(jù)此計(jì)算；
（4）令生產(chǎn)1molZn鼓風(fēng)爐中消耗空氣物質(zhì)的量為5y，則通入的氧氣為y、制得一氧化碳為2y，實(shí)際用于還原ZnO的CO物質(zhì)的量為2y×62.5%，由方程式可知，2y×62.5%=1mol；
令1molZn焙燒爐中消耗空氣的物質(zhì)的量為5x，根據(jù)Zn元素守恒，需ZnS1mol，根據(jù)差量法計(jì)算出從焙燒爐出來(lái)的氣體物質(zhì)的量變化量，利用混合氣體中N₂占82.5%，列方程；
兩處之和即為鼓入新鮮空氣．

解答：解：（1）ZnS中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω（Zn）=

65

65+32

=

65

97

閃鋅礦中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62%×ω（Zn）=62%×

65

97

=41.5%
故答案為：41.5
（2）假定有2molZnS，最少通入3molO₂，根據(jù)方程式2ZnS（s）+3O₂→2ZnO（s）+2SO₂ （g） 可知，生成的SO₂的物質(zhì)的量為2mol；未參加反應(yīng)的N₂的物質(zhì)的量為3mol×4=12mol．此時(shí)SO₂的體積分?jǐn)?shù)為

2mol

2mol+14mol

×100%=14.3%．實(shí)際通入的空氣要多，故SO₂的體積分?jǐn)?shù)不超過(guò)14.3%．
故答案為：14.3
（3）由表可知，3min時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡，此時(shí)C0的平衡濃度為0.01mol/L，
所以C0的總轉(zhuǎn)化率為

0.11mol/L-0.01mol/L

0.11mol/L

×100%=90.9%．
令需焦炭質(zhì)量為mg，實(shí)際利用的為89%mg，由方程式可得，關(guān)系式ZnO（s）～C（s），所以n（ZnO）=n（C），
即

89%mg

12g/mol

=1，解得m=12.25
故答案為：90.9%；12.25
（4）設(shè)焙燒爐中消耗空氣的物質(zhì)的量為5x，鼓風(fēng)爐中消耗空氣物質(zhì)的量為5y
則：2C+O2=2CO； ZnO（s）+CO（g）=Zn（g）+CO2（g）．
       y   2y         2y×62.5%  1mol
 所以2y×62.5%=1mol    
解得 y=0.8mol，所以 5y=4mol
   2ZnS+3O₂=2ZnO+2SO₂ △n，
   2mol               1mol
   1mol               0.5mol
所以4x/（5x-0.5mol）=82.5%  
解得  x=3.3mol，所以 5x=16.5mol
所以5x+5y=4mol+16.5mol=20.5mol
V（空氣）=20.5mol×22.4L?mol-1=459.2L
故答案為：459.2L

點(diǎn)評(píng)：以金屬冶煉為載體，考查有關(guān)計(jì)算，綜合性大，難度高，關(guān)鍵要理清思路、掌握好基礎(chǔ)知識(shí)．