Question

（2009?静安区一模）火法炼锌是将闪锌矿（主要含ZnS）焙烧使它转化为氧化锌，再把氧化锌和焦炭混合，在鼓风炉中加热至1100-1300℃，使锌蒸馏出来（设空气中N₂、0₂的体积分数分别为0.8、0.2）．主要反应为：
焙烧炉中：2ZnS（s）+3O₂→2ZnO（s）+2SO₂ （g）    ①
鼓风炉中：2C（s）+O₂ （g）→2C0（g）           ②
鼓风炉中：ZnO（s）+CO（g）?Zn（g）+CO₂（g）       ③
（1）ZnS质量分数为62%的闪锌矿（杂质不含锌）锌的质量分数为

41.5

%（保留小数点后一位数字）．
（2）焙烧炉产生的炉气中SO₂的体积分数不超过

14.3

%（保留小数点后一位数字）．
（3）鼓风炉容积固定，炉内部分气态物质物质的量浓度（mol/L）变化如下：

时间/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

则鼓风炉中C0的总转化率为

90.9%

；若生产中C0的总利用率为98%，则每生产1mol Zn至少需补充焦炭

12.25

g．
（4）若ZnS全部转化为Zn．焙烧炉出来的N₂、O₂、SO₂的混合气体中N₂占82.5%，鼓风炉中C0的转化率为62.5%，而O₂无剩余．则每生产1molZn，应向焙烧炉和鼓风炉中鼓入新鲜空气共为

459.2

L（STP）．

Answer 1

分析：（1）计算出ZnS中锌的质量分数ω（Zn），闪锌矿中锌的质量分数为62%×ω（Zn）；
（2）假定有2molZnS，最少通入3molO₂，计算出生成的SO₂的物质的量，及未反应的N₂的物质的量，利用体积方式计算；
（3）根据转化率的定义计算C0的总转化率；
令需焦炭质量为mg，实际利用的为89%mg，由方程式可得，关系式ZnO（s）～C（s），即n（ZnO）=n（C），据此计算；
（4）令生产1molZn鼓风炉中消耗空气物质的量为5y，则通入的氧气为y、制得一氧化碳为2y，实际用于还原ZnO的CO物质的量为2y×62.5%，由方程式可知，2y×62.5%=1mol；
令1molZn焙烧炉中消耗空气的物质的量为5x，根据Zn元素守恒，需ZnS1mol，根据差量法计算出从焙烧炉出来的气体物质的量变化量，利用混合气体中N₂占82.5%，列方程；
两处之和即为鼓入新鲜空气．

解答：解：（1）ZnS中锌的质量分数ω（Zn）=

65

65+32

=

65

97

闪锌矿中锌的质量分数为62%×ω（Zn）=62%×

65

97

=41.5%
故答案为：41.5
（2）假定有2molZnS，最少通入3molO₂，根据方程式2ZnS（s）+3O₂→2ZnO（s）+2SO₂ （g） 可知，生成的SO₂的物质的量为2mol；未参加反应的N₂的物质的量为3mol×4=12mol．此时SO₂的体积分数为

2mol

2mol+14mol

×100%=14.3%．实际通入的空气要多，故SO₂的体积分数不超过14.3%．
故答案为：14.3
（3）由表可知，3min时，反应达平衡，此时C0的平衡浓度为0.01mol/L，
所以C0的总转化率为

0.11mol/L-0.01mol/L

0.11mol/L

×100%=90.9%．
令需焦炭质量为mg，实际利用的为89%mg，由方程式可得，关系式ZnO（s）～C（s），所以n（ZnO）=n（C），
即

89%mg

12g/mol

=1，解得m=12.25
故答案为：90.9%；12.25
（4）设焙烧炉中消耗空气的物质的量为5x，鼓风炉中消耗空气物质的量为5y
则：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（空气）=20.5mol×22.4L?mol-1=459.2L
故答案为：459.2L

点评：以金属冶炼为载体，考查有关计算，综合性大，难度高，关键要理清思路、掌握好基础知识．