Question

15．鋅是一種應(yīng)用廣泛的金屬，目前工業(yè)上主要采用“濕法”工藝冶煉鋅．某硫化鋅精礦的主要成分為ZnS（還含少量FeS等其他成分），以其為原料冶煉鋅的工藝流程如圖所示：

回答下列問題：
（1）硫化鋅精礦的焙燒在氧氣氣氛的沸騰爐中進(jìn)行，所產(chǎn)生焙砂的主要成分的化學(xué)式為ZnO．
（2）焙燒過程中產(chǎn)生的含塵煙氣可凈化制酸，該酸可用于后續(xù)的浸出操作．
（3）浸出液“凈化”過程中加入的主要物質(zhì)為鋅粉，其作用是置換出Fe等，反應(yīng)的離子方程式為Zn+Fe²⁺=Zn²⁺+Fe．
（4）電解沉積過程中的陰極采用鋁板，陽極采用Pb-Ag合金惰性電極，陽極逸出的氣體是O₂．
（5）改進(jìn)的鋅冶煉工藝，采用了“氧壓酸浸”的全濕法流程，既省略了易導(dǎo)致空氣污染的焙燒過程，又可獲得一種有工業(yè)價(jià)值的非金屬單質(zhì)．“氧壓酸浸”中發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為2ZnS+4H⁺+O₂=2Zn²⁺+2S↓+2H₂O．
（6）硫化鋅精礦（ZnS）遇到硫酸銅溶液可慢慢地轉(zhuǎn)變?yōu)殂~藍(lán)（CuS）．請用簡短的語言解釋該反應(yīng)發(fā)生的原理在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉(zhuǎn)化為溶解度更小的礦物（或在相同條件下，由于K_SP（CuS）小于K_SP（ZnS），故反應(yīng)可以發(fā)生）．
（7）我國古代曾采用“火法”工藝冶煉鋅．明代宋應(yīng)星著的《天工開物》中有關(guān)于“升煉倭鉛”的記載：“爐甘石十斤，裝載入一泥罐內(nèi)，…，然后逐層用煤炭餅墊盛，其底鋪薪，發(fā)火煅紅，…，冷淀，毀罐取出，…，即倭鉛也．”該煉鋅工藝過程主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為ZnCO₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Zn+3CO↑．（注：爐甘石的主要成分為碳酸鋅，倭鉛是指金屬鋅）

Answer 1

分析 硫化鋅精礦的焙燒可生成ZnO、氧化鐵等，含塵煙氣含有含硫氧化物，可用于制備硫酸，浸出液加入硫酸可生成硫酸鋅、硫酸鐵，加入過量鋅充分反應(yīng)，可置換出鐵，濾液中主要含有硫酸鋅，經(jīng)電解可得到鋅和硫酸，電解液中含有硫酸，可循環(huán)利用；
（1）含鋅礦的主要成分是ZnS，與空氣中氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，判斷焙砂的主要成分為氧化鋅；
（2）焙燒生成的含硫氧化物可轉(zhuǎn)換為硫酸；
（3）該含鋅礦中還含有FeS等雜質(zhì)，浸出操作后轉(zhuǎn)化為亞鐵離子，可加入鋅粉出去亞鐵離子，從而除去Fe；
（4）電解沉積過程中，是電解ZnSO₄，陽極上是氫氧根離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（5）“氧壓酸浸”法顧名思義，可知反應(yīng)物中含有H⁺和O₂，可以獲得非金屬單質(zhì)S，根據(jù)反應(yīng)物和生成物寫出化學(xué)方程式；
（6）根據(jù)沉淀的轉(zhuǎn)化原理可知，在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉(zhuǎn)化為溶解度更小的礦物；
（7）根據(jù)題目描述可知反應(yīng)物為ZnCO₃和C，產(chǎn)物含有Zn，根據(jù)反應(yīng)物和生成物寫出化學(xué)方程式．

解答 解：硫化鋅精礦的焙燒可生成ZnO、氧化鐵等，含塵煙氣含有含硫氧化物，可用于制備硫酸，浸出液加入硫酸可生成硫酸鋅、硫酸鐵，加入過量鋅充分反應(yīng)，可置換出鐵，濾液中主要含有硫酸鋅，經(jīng)電解可得到鋅和硫酸，電解液中含有硫酸，可循環(huán)利用；
（1）硫化鋅精礦的主要成分為ZnS（還含少量FeS等其他成分），含鋅礦的主要成分是ZnS，與空氣中氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，則焙砂的主要成分為ZnO，
故答案為：ZnO；
（2）流程圖分析可知，焙燒生成的含硫氧化物可轉(zhuǎn)換為硫酸，用于后續(xù)的浸出操作，
故答案為：浸出；
（3）該含鋅礦中還含有FeS等雜質(zhì)，浸出操作后轉(zhuǎn)化為亞鐵離子，可加入鋅粉出去亞鐵離子，從而除去Fe，反應(yīng)的離子方程式為Zn+Fe²⁺=Zn²⁺+Fe，
故答案為：置換出Fe等；Zn+Fe²⁺=Zn²⁺+Fe；
（4）電解沉積過程中，是電解ZnSO₄，陰極鋅離子放電生成鋅，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)物為O₂，故答案為：O₂；
（5）“氧壓酸浸”法顧名思義，可知反應(yīng)物中含有H⁺和O₂，可以獲得非金屬單質(zhì)S，寫出化學(xué)方程式為：2ZnS+4H⁺+O₂=2Zn²⁺+2S↓+2H₂O；
故答案為：2ZnS+4H⁺+O₂=2Zn²⁺+2S↓+2H₂O；
（6）根據(jù)沉淀的轉(zhuǎn)化原理可知，在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉(zhuǎn)化為溶解度更小的礦物，所以硫化鋅精礦（ZnS）遇到硫酸銅溶液可慢慢地轉(zhuǎn)變?yōu)殂~藍(lán)（CuS），
故答案為：在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉(zhuǎn)化為溶解度更小的礦物（或在相同條件下，由于K_SP（CuS）小于K_SP（ZnS），故反應(yīng)可以發(fā)生）；
（7）根據(jù)題目描述可知反應(yīng)物為ZnCO₃和C，產(chǎn)物含有Zn，則化學(xué)方程式為ZnCO₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Zn+3CO↑，故答案為：ZnCO₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Zn+3CO↑．

點(diǎn)評(píng) 本題難度中等，掌握氧化物的特征、利用化合價(jià)的原則計(jì)算指定元素的化合價(jià)的方法、化學(xué)方程式的書寫方法、含雜質(zhì)物質(zhì)的化學(xué)方程式的計(jì)算等是正確解答本題的關(guān)鍵．