Question

4．鋅是一種過渡金屬，外觀呈現(xiàn)銀白色，在現(xiàn)代工業(yè)中對于電池制造上有不可磨滅的地位．現(xiàn)代煉鋅的方法可分為火法和濕法兩大類．硫酸鉛是生產(chǎn)鋅的副產(chǎn)品．
（1）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1473-1573K，使鋅蒸餾出來．將閃鋅礦焙燒使它轉(zhuǎn)化為氧化鋅的主要化學(xué)反應(yīng)方程式為2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂．
（2）某含鋅礦的主要成分為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．
②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，以達(dá)到凈化的目的．
③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(dǎo)致空氣污染的焙燒過程，又可獲得一種有工業(yè)價值的非金屬單質(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
（3）工業(yè)冶煉鋅的過程中，會產(chǎn)生鉛浮渣（主要成分是PbO、Pb，還含有少量Ag、Zn、CaO和其他不溶于硝酸的雜質(zhì)），某科研小組研究利用鉛浮渣生產(chǎn)硫酸鉛的流程如下：

已知：25℃時，K_sp（CaSO₄）=4.9×10^-5，K_SP（PbSO₄）=1.6×10^-8．
①已知步驟Ⅰ有NO氣體產(chǎn)生，浸出液中含量最多的陽離子是Pb²⁺．寫出Pb參加反應(yīng)的化學(xué)方程式3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O．
②步驟Ⅰ需控制Pb的用量并使Pb稍有剩余，目的是防止Ag被溶解進入溶液（或使Ag留在浸出渣中），產(chǎn)品PbSO₄還需用Pb（NO₃）₂溶液多次洗滌，目的是除去附著在硫酸鉛表面的微溶物硫酸鈣．
③母液中可循環(huán)利用的溶質(zhì)的化學(xué)式是HNO₃（填一種物質(zhì)）；母液經(jīng)過處理可得電鍍Zn時電解質(zhì)溶液，在鐵棒上鍍鋅時，陽極材料為Zn或鋅．
（4）銀鋅電池是一種常見電池，電池的總反應(yīng)式為：Ag₂O+Zn+H₂O=2Ag+Zn（OH）₂，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電池工作時正極的電極式為Ag₂O+H₂O+2e^-═2Ag+2OH^-．

Answer 1

分析 （1）焙燒中硫化鋅與氧氣在高溫下反應(yīng)生成氧化鋅和二氧化硫；
（2）①ZnS在氧氣燃燒發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成產(chǎn)物出來氧化鋅外還有硫的氧化物，可轉(zhuǎn)換為硫酸，用于后續(xù)的浸出操作；
②鋅的活潑性強于鐵，能夠與二價鐵離子反應(yīng)生成鐵；
③依據(jù)題意“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)價值的非金屬單質(zhì)，可知反應(yīng)物中含有H⁺和O₂，可以獲得非金屬單質(zhì)S；
（3）①根據(jù)題給信息硝酸把鉛氧化成Pb²⁺，硝酸被還原成NO，據(jù)此寫出方程式；
②鉛浮渣中含銀，銀也和硝酸反應(yīng)；硫酸鈣微溶，易沉淀在PbSO₄表面，所以需用Pb（NO₃）₂溶液多次洗滌，除去CaSO₄；
③Pb（NO₃）₂溶液加硫酸后生成硫酸鉛沉淀和硝酸，過濾得濾液含硝酸；鐵棒上鍍鋅，鍍層金屬作陽極，鋅作陽極；
（4）正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)總反應(yīng)書寫電極方程式．

解答 解：（1）由題中信息可知，閃鋅礦（主要成分是ZnS）通過浮選焙燒使它轉(zhuǎn)化為氧化鋅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂；
故答案為：2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂；
（2）①ZnS在氧氣燃燒發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成產(chǎn)物出來氧化鋅外還有硫的氧化物，可轉(zhuǎn)換為硫酸，用于后續(xù)的浸出操作；
故答案為：浸出；                                                    
②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，離子方程式：Zn+Fe²⁺=Zn²⁺+Fe；
故答案為：置換出Fe等，以達(dá)到凈化的目的；             
③“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；   
（3）①根據(jù)題給信息硝酸把鉛氧化成Pb²⁺，硝酸被還原成NO，故反應(yīng)方程式為3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
故答案為：3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
②若硝酸過量，則過量的硝酸會和銀反應(yīng)生成硝酸銀，產(chǎn)品中會有雜質(zhì)，所以步驟I需控制硝酸的用量并使Pb稍有剩余，其目的是防止Ag被溶解進入溶液；硫酸鈣微溶，易沉淀在PbSO₄表面，所以需用Pb（NO₃）₂溶液多次洗滌，除去CaSO₄，
故答案為：防止Ag被溶解進入溶液（或使Ag留在浸出渣中）；除去附著在硫酸鉛表面的微溶物硫酸鈣；
③Pb（NO₃）₂溶液加硫酸后生成硫酸鉛沉淀和硝酸，所以母液可循環(huán)利用于步驟I，其溶質(zhì)主要是HNO₃，鐵棒上鍍鋅，鍍層金屬作陽極，鋅作陽極，
故答案為：HNO₃；Zn或鋅；
 （4）正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極方程式為：Ag₂O+H₂O+2e^-═2Ag+2OH^-，
故答案為：Ag₂O+H₂O+2e^-═2Ag+2OH^-．

點評 本題為工藝流程題，為高考常見題型，側(cè)重學(xué)生的分析、實驗?zāi)芰Φ目疾�，通過鋅的煉制、金屬的冶煉原理、電解原理及其應(yīng)用，考查了化學(xué)方程式、離子方程式的書寫及計算，物質(zhì)分離提純的方法，明確工藝流程及各種物質(zhì)的性質(zhì)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．