Question

闪锌矿（主要成分ZnS，含Cd、Fe、Cu等元素杂质)是冶炼锌单质的原料，有两种常见的冶炼方式：火法炼锌和湿法炼锌。两种方法均先将闪锌矿加热焙烧，得到以ZnO为主要成分的焙砂，再分别经过两条路线得到单质锌，同时得到副产品。

已知：

(I)相关金属单质的熔沸点

金属单质	Zn	Fe	Cu	Cd
熔点(K)	693	1812	1356	594
沸点(K)	1180	3023	2840	1040

(II)几种离子生成氢氧化物沉淀的pH

	开始沉淀pH	完全沉淀 pH
Fe^3+	l.l	3.2
Zn^2+	5.9	8.9
Cu^2+	4.7	6.7
Cd^2+	6.9	9.6

请回答下列问题:

(1)写出步骤①发生的主要反应的化学方程式___________________。   

(2)步骤②若焦炭与ZnO(s)反应生成1mol  CO时吸收akJ的热量，请写出该反应的热化学方程示________________。

(3)步骤④中操作I的分离方法为_______，得到副产品粗    镉需控制温度为_____左右。

(4)步骤⑦需调节溶液pH为_______，目的是__________。                

(5)步骤⑨以Pt为阳极、Al为阴极进行电解的化学方程式为__________。

(6)分别取闪锌矿200kg，通过火法炼锌得到Zn的质量为65kg，通过湿法炼锌得到Zn的质量为78kg，闪锌矿中ZnS的质量分数约为________。

Answer

2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2 ZnO(s) + C(s) Zn(g) + CO (g) △H = + a kJ/mol 蒸馏 1040 K 3.2 < pH < 5.9 除去溶液中的Fe3+ 2ZnSO4 + 2H2O 2Zn + O2↑+ 2H2SO4 48.5%

【解析】

（1）本题考查化学反应方程式的书写，根据闪锌矿的主要成分，因此反应①的主要反应是2ZnS＋3O22ZnO＋2SO2，金属单质转化成相应的氧化物；（2）本题考查热化学反应方程式的书写，反应的方程式为ZnO＋CCO＋Zn，生成1molCO时，吸收热量akJ，因此热化学反应方程式为：ZnO(s) + C(s) Zn(g) + CO (g) △H = + a kJ/mol；（3）本题考查物质的分离和提纯，反应②，焦炭作还原剂，把金属从其氧化物中还原出来，根据金属的熔沸点，②反应的温度是1373～1573K，此时Zn和Cd是蒸气，粗锌的成分是Zn和Cd，利用其沸点不同，对粗锌加热，温度控制在1040K左右，让Cd转化成蒸气，达到分离的目的，因此此方法是蒸馏；（4）本题考查物质的除杂，根据表格II的数据，以及流程图，锌元素以离子形式存在，因此pH控制在3.2到5.9之间，目的是除去Fe3＋；（5）根据流程图，电解得到99.99%的锌单质，采用的方法是电解，因此反应方程式为2ZnSO4 + 2H2O 2Zn + O2↑+ 2H2SO4；（6）湿法炼锌中操作⑧加入锌单质，因此湿法炼锌得到锌不完全来自于闪锌矿，因此计算质量分数用火法炼锌中得到锌进行计算，根据锌元素守恒，因此ZnS的质量分数为65×97/(65×200)×100%=48.5%。