Question

【题目】闪锌矿（主要成分ZnS，含Cd、Fe、Cu等元素杂质）是冶炼锌单质的原料，有两种常见的冶炼方式：火法炼锌和湿法炼锌。两种方法均先将闪锌矿加热焙烧，得到以ZnO为主要成分的焙砂，再分别经过两条路线得到单质锌，同时得到副产品。

已知：

（I）相关金属单质的熔沸点

金属单质	Zn	Fe	Cu	Cd
熔点 (K)	693	1812	1356	594
沸点 (K)	1180	3023	2840	1040

（II）几种离子生成氢氧化物沉淀的pH

	Fe3+	Zn2+	Cu2+	Cd2+
开始沉淀pH	l.l	5.9	4.7	6.9
完全沉淀pH	3.2	8.9	6.7	9.6 /span>

请回答下列问题:

（1） 步骤②若焦炭与ZnO(s)反应生成1mol CO时吸收akJ的热量，请写出该反应的热化学方程式___________________________________________________。

（2）步骤④中操作I的分离方法为蒸馏，得到副产品粗镉需控制温度为____左右。

（3）步骤⑦需调节溶液pH为_______，目的是_____________________________。

（4）写出步骤⑧中反应的离子方程式___________________________（任写一个）

（5）步骤⑨以Pt为电极进行电解，阴极的电极反应方程式为________________。

（6）分别取闪锌矿200kg，通过火法炼锌得到Zn的质量为65kg，通过湿法炼锌得到Zn的质量为78kg，闪锌矿中ZnS的质量分数约为___________。

Answer 1

【答案】 ZnO(s) + C(s) Zn(g) + CO (g) △H = + a kJ/mol 1040 K 3.2 < pH < 5.9 除去溶液中的Fe3+ Zn＋Cu2＋Zn2＋＋Cu Zn＋Cd2＋Zn2＋＋Cd Zn2++2e—Zn 48.5%

【解析】闪锌矿(主要成分ZnS，含Cd、Fe、Cu等元素杂质)加热焙烧，得到以ZnO为主要成分的焙砂，其中还含有其他金属的氧化物。焙砂中的金属氧化物被焦炭还原生成金属单质和残渣，要得到金属蒸气，需要控制温度在1373K~1573K，得到的蒸气中含有锌和镉，通过蒸馏可以分离锌和镉；焙砂中加入硫酸将金属氧化物溶解，再加入双氧水将生成的亚铁盐氧化，调节溶液的酸碱性，使铁离子沉淀，得到的溶液Ⅱ中主要含有Zn2+、Cu2+、Cd2+，再加入锌，将Cu2+、Cd2+还原，得到的溶液Ⅲ中主要含有Zn2+，最后电解得到金属锌。

(1)步骤②若焦炭与ZnO(s)反应生成1molCO时吸收akJ的热量，反应的热化学方程式为

ZnO(s) + C(s) Zn(g) + CO (g) △H = + a kJ/mol，故答案为：ZnO(s) + C(s) Zn(g) + CO (g) △H = + a kJ/mol；

(2)根据相关金属单质的熔沸点数据可知，步骤④中操作I的分离方法为蒸馏，得到副产品粗镉需控制温度为1040K左右，故答案为：1040K；

(3)根据几种离子生成氢氧化物沉淀的pH数据可知，步骤⑦需调节溶液pH除去溶液中的Fe3+，因此需要控制pH在3.2 < pH < 5.9，故答案为：3.2 < pH < 5.9；除去溶液中的Fe3+；

(4)根据上述分析，步骤⑧中反应的离子方程式有Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu、Zn＋Cd2＋=Zn2＋＋Cd，故答案为：Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu、Zn＋Cd2＋=Zn2＋＋Cd；

(5)步骤⑨以Pt为电极进行电解，阴极上锌离子发生还原反应生成锌，电极反应方程式为Zn2++2e—=Zn，故答案为：Zn2++2e—=Zn；

(6)根据流程图，闪锌矿中ZnS的质量分数只能通过火法炼锌计算，闪锌矿中ZnS的质量分数为×100%=48.5%，故答案为：48.5%。