Question

4．鋅是一種應用廣泛的金屬，目前工業上主要采用“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行，所產生焙砂的主要成分的化學式為ZnO．
（2）焙燒過程中產生的含塵煙氣可凈化制酸，該酸可用于后續的浸出操作．
（3）浸出液“凈化”過程中加入的主要物質為鋅粉，其作用是置換出Fe等，反應的離子方程式為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，既省略了易導致空氣污染的焙燒過程，又可獲得一種有工業價值的非金屬單質．“氧壓酸浸”中發生的主要反應的離子方程式為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變為銅藍（CuS）．請用簡短的語言解釋該反應發生的原理在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉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），故反應可以發生）．
（7）我國古代曾采用“火法”工藝冶煉鋅．明代宋應星著的《天工開物》中有關于“升煉倭鉛”的記載：“爐甘石十斤，裝載入一泥罐內，…，然后逐層用煤炭餅墊盛，其底鋪薪，發火煅紅，…，冷淀，毀罐取出，…，即倭鉛也．”該煉鋅工藝過程主要反應的化學方程式為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，可置換出鐵，濾液中主要含有硫酸鋅，經電解可得到鋅和硫酸，電解液中含有硫酸，可循環利用．
（1）含鋅礦的主要成分是ZnS，與空氣中氧氣發生氧化還原反應，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換為硫酸；
（3）該含鋅礦中還含有FeS等雜質，浸出操作后轉化為亞鐵離子，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生氧化反應；
（5）“氧壓酸浸”法顧名思義，可知反應物中含有H⁺和O₂，可以獲得非金屬單質S，根據反應物和生成物寫出化學方程式；
（6）根據沉淀的轉化原理可知，在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉化為溶解度更小的礦物；
（7）根據題目描述可知反應物為ZnCO₃和C，產物含有Zn，根據反應物和生成物寫出化學方程式．

解答 解：（1）含鋅礦的主要成分是ZnS，與空氣中氧氣發生氧化還原反應，則焙砂的主要成分為ZnO，
故答案為：ZnO；
（2）焙燒生成的含硫氧化物可轉換為硫酸，用于后續的浸出操作，
故答案為：浸出；
（3）該含鋅礦中還含有FeS等雜質，浸出操作后轉化為亞鐵離子，可加入鋅粉出去亞鐵離子，從而除去Fe，反應的離子方程式為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，陽極發生氧化反應，產物為O₂，故答案為：O₂；
（5）“氧壓酸浸”法顧名思義，可知反應物中含有H⁺和O₂，可以獲得非金屬單質S，寫出化學方程式為：2ZnS+4H⁺+O₂=2Zn²⁺+2S↓+2H₂O；
故答案為：2ZnS+4H⁺+O₂=2Zn²⁺+2S↓+2H₂O；
（6）根據沉淀的轉化原理可知，在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉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變為銅藍（CuS），
故答案為：在一定條件下，溶解度小的礦物可以轉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），故反應可以發生）；
（7）根據題目描述可知反應物為ZnCO₃和C，產物含有Zn，則化學方程式為ZnCO₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Zn+3CO↑，故答案為：ZnCO₃+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Zn+3CO↑．

點評 本題為工藝流程題，為高頻考點，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，題目通過鋅的煉制考查了化學方程式、離子方程式的書寫，明確工藝流程及各種物質的性質是解題關鍵，題目難度中等．