Question

12．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下：

請(qǐng)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，主要成分發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂．
（2）焙燒過程中產(chǎn)生的含塵煙氣可凈化制酸，該酸可用于后續(xù)的浸出催化氧化吸收操作．工業(yè)上制備該酸的三個(gè)主要階段分別為沸騰爐中礦石燃燒生成二氧化硫、接觸室中催化氧化反應(yīng)生成三氧化硫、吸收塔吸收形成硫酸．
（3）浸出液“凈化”過程中加入的主要物質(zhì)為Zn粉，其作用是置換出Fe等．
（4）電解沉淀過程中的陰極采用鋁板，陽極采用Pb-Ag合金惰性電極，鋅在陰極沉積，陽極的電極反應(yīng)方程式為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．
（5）改進(jìn)的鋅冶煉工藝，采用了“氧壓酸浸”的全濕法流程，既省略了易導(dǎo)致空氣污染的焙燒過程，又可獲得一種工業(yè)價(jià)值的非金屬單質(zhì)．“氧壓酸浸”發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式為2ZnS+4H⁺+O₂=2Zn²⁺+2S↓+2H₂O．
（6）我國古代曾采用“火法”工藝冶煉鋅．明代宋應(yīng)星著的《天工開物》中有關(guān)于“升煉倭鉛”的記載：“爐甘石十斤，裝載入一泥罐內(nèi)，…，然后逐層用煤炭餅墊盛，其底鋪薪，發(fā)火煅紅，…，冷淀，毀罐取出，…，即倭鉛也．”該煉鋅工藝過程主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為ZnCO₃+2C$\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，工業(yè)上制備過程為沸騰爐加熱燃燒生成二氧化硫，接觸室中催化氧化反應(yīng)生成三氧化硫，吸收塔中98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫形成發(fā)煙硫酸；
（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，從而出去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)，陰極是鋅離子得到電子生成鋅，以此書寫電極反應(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)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：（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)，則焙砂的主要成分為ZnO，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\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂；
（2）焙燒生成的含硫氧化物可轉(zhuǎn)換為硫酸，用于后續(xù)的浸出操作，浸出催化氧化吸收，工業(yè)上制備過程為沸騰爐加熱燃燒生成二氧化硫，接觸室中催化氧化反應(yīng)生成三氧化硫，吸收塔中98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫形成發(fā)煙硫酸；
故答案為：浸出催化氧化吸收；沸騰爐中礦石燃燒生成二氧化硫，接觸室催化氧化生成三氧化硫，吸收塔吸收形成硫酸；
（3）該含鋅礦中還含有FeS等雜質(zhì)，浸出操作后轉(zhuǎn)化為亞鐵離子，可加入鋅粉出去亞鐵離子，從而出去Fe，故答案為：Zn粉；置換出Fe等；
（4）電解沉積過程中，是電解ZnSO₄，陰極鋅離子放電生成鋅，故鋅在陰極沉積；陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)物為O₂，電極反應(yīng)式為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
故答案為：陰；4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；
（5）“氧壓酸浸”法顧名思義，可知反應(yīng)物中含有H⁺和O₂，可以獲得非金屬單質(zhì)S，寫出化學(xué)方程式為：2ZnS+4H⁺+O₂=2Zn²⁺+2S↓+2H₂O；
故答案為：2ZnS+4H⁺+O₂=2Zn²⁺+2S↓+2H₂O；
（6）根據(jù)題目描述可知反應(yīng)物為ZnCO₃和C，產(chǎn)物含有Zn，則化學(xué)方程式為：ZnCO₃+2C$\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．