Question

18．濕法煉鋅的冶煉過程可用如圖簡(jiǎn)略表示：
請(qǐng)回答下列問題：
（1）已知：N₂H₄（l）═N₂（g）+2H₂（g）△H=a kJ•mol^-1，該反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，則a＞0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）ZnS焙燒的反應(yīng)2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;焙燒\;}}{\;}$2SO₂+2ZnO所涉及的物質(zhì)中，發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)是ZnS；已知ZnO屬于兩性氧化物，寫出ZnO與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：2NaOH+ZnO=Na₂ZnO₂+H₂O．
（3）電解過程中析出鋅的電極反應(yīng)式為[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-=Zn+4NH₃↑．
（4）產(chǎn)生的SO₂可用Ba（NO₃）₂溶液吸收，部分產(chǎn)物可作為工業(yè)原料，其反應(yīng)的離子方程式為3SO₂+2H₂O+2NO₃^-+3Ba²⁺=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺．
（5）鋅-空氣電池與鋰電池相比，具有儲(chǔ)存電量高、成本低、沒有安全隱患等優(yōu)點(diǎn)．該電池的總反應(yīng)為2Zn+O₂═2ZnO，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，則負(fù)極的電極反應(yīng)式為Zn+2OH^--2e^-=ZnO+H₂O．25℃時(shí)，以該電池為電源，用兩個(gè)等質(zhì)量的銅棒作電極電解500mL 0.1mol/L CuSO₄溶液，一段時(shí)間后切斷電源，對(duì)電極干燥并稱量，測(cè)得兩電極的質(zhì)量差為9.6g，則至少需要4.2L空氣（折算成標(biāo)準(zhǔn)狀況）進(jìn)入該電池．
（6）已知一個(gè)電子的電量是1.602×10^-19C，用上述電池電解飽和食鹽水，當(dāng)電路中通過1.929×10⁵C的電量時(shí)，生成NaOH80g．

Answer 1

分析 鋅精礦焙燒得到二氧化硫和ZnO，將ZnO加入NH₃-NH₄Cl溶液中，發(fā)生反應(yīng)得到[Zn（NH₃）₄]Cl₂，電解[Zn（NH₃）₄]Cl₂溶液得到Zn，
（1）吸熱的熵減的反應(yīng)在任何條件下都不能自發(fā)進(jìn)行；
（2）ZnS焙燒的反應(yīng)2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;焙燒\;}}{\;}$2SO₂+2ZnO所涉及的物質(zhì)中，S元素化合價(jià)由-2價(jià)變?yōu)?4價(jià)、O元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?2價(jià)，失電子的物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)；
ZnO屬于兩性氧化物，ZnO與NaOH溶液反應(yīng)生成偏鋅酸鈉和水；
（3）電解過程中析出鋅的電極上[Zn（NH₃）₄]²⁺ 得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（4）產(chǎn)生的SO₂可用Ba（NO₃）₂溶液吸收，二氧化硫具有還原性，能被氧化生成硫酸根離子，硫酸根離子和鋇離子反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀；
（5）鋅-空氣電池與鋰電池相比，具有儲(chǔ)存電量高、成本低、沒有安全隱患等優(yōu)點(diǎn)．該電池的總反應(yīng)為2Zn+O₂═2ZnO，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，負(fù)極上Zn失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成ZnO和水；
根據(jù)轉(zhuǎn)移電子相等計(jì)算消耗空氣體積；
（6）已知一個(gè)電子的電量是1.602×10^-19C，用上述電池電解飽和食鹽水，當(dāng)電路中通過1.929×105C的電量時(shí)，轉(zhuǎn)移電子個(gè)數(shù)=$\frac{1.929×1{0}^{5}C}{1.602×1{0}^{-19}C}$=1.204×10²⁴，則轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為2mol，根據(jù)轉(zhuǎn)移電子和NaOH之間的關(guān)系式計(jì)算氫氧化鈉質(zhì)量．

解答 解：鋅精礦焙燒得到二氧化硫和ZnO，將ZnO加入NH₃-NH₄Cl溶液中，發(fā)生反應(yīng)得到[Zn（NH₃）₄]Cl₂，電解[Zn（NH₃）₄]Cl₂溶液得到Zn，
（1）N₂H₄（l）═N₂（g）+2H₂（g）△H=a kJ•mol^-1，該反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，說明△G=△H-T△S＞0，該反應(yīng)是熵增的反應(yīng)，則△S＞0，則a＞0，
故答案為：＞；
（2）ZnS焙燒的反應(yīng)2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;焙燒\;}}{\;}$2SO₂+2ZnO所涉及的物質(zhì)中，S元素化合價(jià)由-2價(jià)變?yōu)?4價(jià)、O元素化合價(jià)由0價(jià)變?yōu)?2價(jià)，失電子的物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，則發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)是ZnS；
ZnO屬于兩性氧化物，ZnO與NaOH溶液反應(yīng)生成偏鋅酸鈉和水，反應(yīng)方程式為2NaOH+ZnO=Na₂ZnO₂+H₂O，
故答案為：ZnS；2NaOH+ZnO=Na₂ZnO₂+H₂O；
（3）電解過程中析出鋅的電極上[Zn（NH₃）₄]²⁺ 得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-=Zn+4NH₃↑，故答案為：[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-=Zn+4NH₃↑；
（4）產(chǎn)生的SO₂可用Ba（NO₃）₂溶液吸收，二氧化硫具有還原性，能被氧化生成硫酸根離子，硫酸根離子和鋇離子反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀，離子反應(yīng)方程式為3SO₂+2H₂O+2NO₃^-+3Ba²⁺=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺，
故答案為：3SO₂+2H₂O+2NO₃^-+3Ba²⁺=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺；
（5）鋅-空氣電池與鋰電池相比，具有儲(chǔ)存電量高、成本低、沒有安全隱患等優(yōu)點(diǎn)．該電池的總反應(yīng)為2Zn+O₂═2ZnO，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，負(fù)極上Zn失電子和氫氧根離子反應(yīng)生成ZnO和水，電極反應(yīng)式為Zn+2OH^--2e^-=ZnO+H₂O；
以該電池為電源，用兩個(gè)等質(zhì)量的銅棒作電極電解500mL 0.1mol/L CuSO₄溶液，陽極上是Cu-2e^-=Cu²⁺，陰極上是Cu²⁺+2e^-=Cu，對(duì)電極干燥并稱量，測(cè)得兩電極的質(zhì)量差為9.6g，則減少的銅和生成的銅各是4.8g即0.075mol，轉(zhuǎn)移電子是0.15mol，根據(jù)反應(yīng)2Zn+O₂═2ZnO，當(dāng)轉(zhuǎn)移電子是4mol時(shí)，消耗氧氣是1moL，所以轉(zhuǎn)移電子是0.15mol時(shí)，消耗氧氣是0.0375moL，氧氣體積是空氣提及的五分之一，所以消耗空氣的體積是0.0375moL×5×22.4L/mol=4.2L；
故答案為：Zn+2OH^--2e^-=ZnO+H₂O；4.2；
（6）已知一個(gè)電子的電量是1.602×10^-19C，用上述電池電解飽和食鹽水，當(dāng)電路中通過1.929×105C的電量時(shí)，轉(zhuǎn)移電子個(gè)數(shù)=$\frac{1.929×1{0}^{5}C}{1.602×1{0}^{-19}C}$=1.204×10²⁴，則轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為2mol，轉(zhuǎn)移電子和NaOH之間的關(guān)系式為2e^----2NaOH，當(dāng)轉(zhuǎn)移2mol電子時(shí)生成2molNaOH，則m（NaOH）=2mol×40g/mol=80g，
故答案為：80．

點(diǎn)評(píng) 本題以物質(zhì)制備為載體考查電解原理、氧化還原反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，為高頻考點(diǎn)，明確物質(zhì)性質(zhì)及各個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)是解本題關(guān)鍵，注意利用轉(zhuǎn)移電子守恒進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，易錯(cuò)點(diǎn)是（4）題，二氧化硫和硝酸鋇溶液反應(yīng)發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸鋇而不是生成亞硫酸鋇，題目難度中等．