Question

我国是世界上较早冶炼锌的国家。在现代工业中，锌更是在电池制造、合金生产等领域有着广泛的用途。

已知：锌的熔点为419.6℃，沸点907℃。

I．图是古代以炉甘石(ZnCO₃)为原料炼锌的示意图。

(1)泥罐内的主要反应为：

i．ZnCO₃(s) = ZnO(s) + CO₂(g)  H₁

ii．CO₂(g) + C(s) = 2CO(g)      H ₂

……

总反应：ZnCO₃(s) + 2C(s) = Zn(g) + 3CO(g)  H₃

利用H₁和H ₂计算时H₃，还需要利用_________反应的H。

(2)泥罐中，金属锌的状态变化是_____；d口出去的物质主要是_______。

Ⅱ．现代冶炼锌主要采取湿法工艺。以闪锌矿(主要成分为ZnS，还含铁等元素)、软锰矿(主要成分为MnO₂，还含铁等元素)为原料联合生产锌和高纯度二氧化锰的一种工艺的主要流程如下：

(3)浸出：加入FeSO₄能促进ZnS的溶解，提高锌的浸出率，同时生成硫单质。Fe²⁺的作用类似催化剂，“催化”过程可表示为：

ⅰ：MnO₂＋2Fe²⁺＋4H⁺ ＝Mn²⁺＋2Fe³⁺＋2H₂O

ⅱ：……

① 写出ⅱ的离子方程式：_________。

② 下列实验方案可证实上述“催化”过程。将实验方案补充完整。

a．向酸化的FeSO₄溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量MnO₂，溶液变红。

b．________。

(4)除铁：已知①进入除铁工艺的溶液的pH约为3；②控制溶液pH为2.5～3.5，使铁主要以FeOOH沉淀的形式除去。结合离子方程式说明，通入空气需同时补充适量ZnO的理由是_________。

(5)电【解析】
用惰性电极电解时，阳极的电极反应是______。

(6)电解后的溶液中可循环利用的物质是___________。

Answer

ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g) 气态变为液态 CO和Zn蒸气 ZnS+2Fe3+ = Zn2++2Fe2++S 取a中红色溶液，向其中加入ZnS，振荡，红色褪去 通入空气时，发生反应4Fe2+＋O2＋8H2O＝ 4FeOOH＋8H+使溶液的pH下降，加入的ZnO与H+发生反应ZnO+ 2H+ ＝H2O+Zn2+，可控制溶液pH Mn2+ - 2e-+2H2O = MnO2+4H+ 硫酸

【解析】

I．古代以炉甘石(ZnCO3)为原料炼锌的各步反应：i．ZnCO3(s) = ZnO(s) + CO2(g)、CO2(g) + C(s) = 2CO(g) 、ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g)，总反应：ZnCO3(s) + 2C(s) = Zn(g) + 3CO(g)，反应区温度达到1100～1300℃，Zn变为蒸气与杂质分离，在“兜室”冷凝为液体流出（冷凝区温度高于Zn的熔点），为防止Zn被氧化而用“泥封”隔绝空气，出口“锌火”是未反应完的CO和Zn蒸气从“兜室”逸出燃烧。

Ⅱ．现代冶炼锌流程图中的各步反应：

浸出：ⅰ：MnO2＋2Fe2+＋4H+ ＝Mn2+＋2Fe3+＋2H2O，ii．ZnS+2Fe3+ = Zn2++2Fe2++S，总把反应：MnO2＋ZnS+4H+ Mn2++S+Zn2++2H2O；

除铁：4Fe2+＋O2＋8H2O＝4FeOOH＋8H+使溶液的pH下降，加入的ZnO与H+发生反应ZnO+ 2H+＝H2O+Zn2+，可控制溶液pH；

电【解析】
用惰性电极电解时，阳极的电极反应是Mn2+ - 2e-+2H2O = MnO2+4H+，生成的硫酸和MnO2循环使用。阴极：Zn2＋＋2e－=Zn。

I．（1）泥罐内的主要反应为：

i．ZnCO3(s) = ZnO(s) + CO2(g) H1

ii．CO2(g) + C(s) = 2CO(g) H 2

……

总反应：ZnCO3(s) + 2C(s) = Zn(g) + 3CO(g) H3

根据盖斯定律：总反应-i-ii得ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g)，H=H3-H1-H 2，利用H1和H 2计算时H3，还需要利用ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g)反应的H。故答案为：ZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g)；

（2）锌的熔点为419.6℃，沸点907℃，泥罐中，温度由1100～1300℃变成500～700℃，金属锌的状态变化是气态变为液态；出口处主要是末反应CO和Zn蒸气在出口处燃烧，形成“锌火”，d口出去的物质主要是CO和Zn蒸气。故答案为：气态变为液态；CO和Zn蒸气；

Ⅱ．（3）① Fe2+的作用类似催化剂，ⅱ中应将Fe3+还原成Fe2+，ZnS的溶解的离子方程式：ZnS+2Fe3+ = Zn2++2Fe2++S。故答案为：ZnS+2Fe3+ = Zn2++2Fe2++S；

② 证实上述“催化”过程的实验方案：

a．检验Fe2+被氧化成Fe3+：向酸化的FeSO4溶液中加入KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量MnO2，溶液变红。

b．检验Fe3+被还原成Fe2+：取a中红色溶液，向其中加入ZnS，振荡，红色褪去。故答案为：取a中红色溶液，向其中加入ZnS，振荡，红色褪去；

（4）除铁：通入空气需同时补充适量ZnO的理由是：通入空气时，发生反应4Fe2+＋O2＋8H2O＝4FeOOH＋8H+使溶液的pH下降，加入的ZnO与H+发生反应ZnO+ 2H+＝H2O+Zn2+，可控制溶液pH。故答案为：通入空气时，发生反应4Fe2+＋O2＋8H2O＝ 4FeOOH＋8H+使溶液的pH下降，加入的ZnO与H+发生反应ZnO+ 2H+ ＝H2O+Zn2+，可控制溶液pH；

（5）电【解析】
用惰性电极电解时，阳极发生氧化反应，将Mn2+氧化成MnO2，阳极的电极反应是Mn2+ - 2e-+2H2O = MnO2+4H+。故答案为：Mn2+ - 2e-+2H2O = MnO2+4H+；

（6）电解后的溶液中生成硫酸，可循环利用。故答案为：硫酸。