Question

現(xiàn)代煉鋅的方法可分為火法和濕法兩大類．
火法煉鋅是將閃鋅礦（主要含ZnS）通過浮選、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1373-1573K，使鋅蒸餾出來．主要反應(yīng)為：
焙燒爐中：2ZnS+3O₂=2ZnO+2SO₂ ①
鼓風(fēng)爐中：2C+O₂=2CO ②
鼓風(fēng)爐中：ZnO（s）+CO（g）?Zn（g）+CO₂（g）③
（1）請寫出反應(yīng)③的平衡常數(shù)表達(dá)式

 

，若在其它條件不變時，在鼓風(fēng)爐中增大CO的濃度，平衡將如何移動？

 

，此時平衡常數(shù)

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（2）已知閃鋅礦中含硫16%（其它雜質(zhì)不含硫），則閃鋅礦中硫化鋅的含量為

 

．
（3）焙燒爐出來的混合氣體中N₂占85%，鼓風(fēng)爐中反應(yīng)③CO的轉(zhuǎn)化率為80%，為了合理利用資源，防止過量空氣的鼓入對生產(chǎn)造成負(fù)面影響，請計算每生產(chǎn)1molZn，需要向焙燒爐和鼓風(fēng)爐中鼓入新鮮空氣共多少升？（假設(shè)礦石中的ZnS全部轉(zhuǎn)化為Zn，反應(yīng)中的O₂均來自于空氣，空氣中O₂與N₂的體積比以1：4計算）

Answer 1

考點(diǎn)：金屬冶煉的一般原理,化學(xué)方程式的有關(guān)計算

專題：計算題,元素及其化合物

分析：（1）依據(jù)平衡常數(shù)概念書寫表達(dá)式，用生成物平衡濃度米冪次方乘積除以反應(yīng)物平衡濃度冪次方乘積，平衡常數(shù)隨溫度變化，不隨濃度變化，增大反應(yīng)物濃度平衡正向進(jìn)行；
（2）依據(jù)元素守恒計算，計算出ZnS中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω（S），閃鋅礦中硫化鋅的含量16%÷ω（S）；
（3）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)差量法計算出從焙燒爐出來的氣體物質(zhì)的量變化量，利用混合氣體中N₂占90%列方程，兩處之和即為鼓入新鮮空氣．

解答： 解：（1）ZnO（s）+CO（g）?Zn（g）+CO₂（g），反應(yīng)③平衡常數(shù)K=

c(Zn)c(CO2)

c(CO)

，若在其它條件不變時，在鼓風(fēng)爐中增大CO的濃度右移，平衡常數(shù)只隨溫度變化，不濃度平衡常數(shù)不變；
故答案為：

c(Zn)c(CO2)

c(CO)

，右移，不變；
（2）閃鋅礦（主要含ZnS），閃鋅礦中含硫16%（其它雜質(zhì)不含硫），ZnS中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω（S）=

32

65+32

×100%，
閃鋅礦中硫化鋅的含量為16%÷ω（S）=16%÷

32

65+32

×100%=48.5%；
故答案為：48.5%；
（3）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    1mol    2y×80%      1mol
2y×80%=1mol     y=0.625mol    5y=3.125mol；
2ZnS+3O₂=2ZnO+2SO₂ 氣體減少△n
2mol                       1mol
1mol                       0.5mol

4x

5x-0.5

=85%      x=1.7mol     5x=8.5mol；
5x+5y=3.125mol+8.5mol=11.625mol
V（空氣）=11.625×22.4L?mol^-1=260.4L；   
答：需要向焙燒爐和鼓風(fēng)爐中鼓入新鮮空氣共260.4L；

點(diǎn)評：本題以金屬冶煉為載體，考查有關(guān)化學(xué)平衡的計算，題目綜合性大，（3）中計算關(guān)鍵要理清思路，充分利用方程式，難度較大，為易錯題目．