Question

火法煉鋅是將閃鋅礦（主要含ZnS）焙燒使它轉化為氧化鋅，再把氧化鋅和焦炭混合，在鼓風爐中加熱至1100℃～1300℃，使鋅蒸餾出來（設空氣中N₂、O₂的體積分數分別為0.8、0.20），主要反應為：
焙燒爐中：2ZnS（s）+3O₂（g）→2ZnO（s）+2SO₂（g）①
鼓風爐中：2C（s）+O₂（g）→2CO②
鼓風爐中：ZnO（s）+CO（g）?Zn（g）+CO₂（g）③
（1）已知閃鋅礦中含硫16%（其它雜質不含硫），則閃鋅礦中硫化鋅的含量為

48.5%

．
（2）焙燒爐產生的爐氣中SO₂的體積分數不超過

14.3%

%（保留小數后一位數字）．
（3）鼓風爐容積固定，爐內部分氣態(tài)物質其物質的量濃度（mol/L）變化如下：

時間/min	CO	Zn	CO2
0	0.11	0	0
2	0.10	0.01	0.01
3	0.01	0.10	0.10
4	0.01	0.10	0.10

則鼓風爐中CO總的轉化率為

90.9%

；若生產中CO總的利用率為95%，則每生產1molZn，至少需要補充焦炭

12.6g

g．
（4）若ZnS全部轉化為Zn．焙燒爐出來的N₂、O₂、SO₂混合氣體中N₂占82.5%，鼓風爐中CO的轉化率為62.5%，而O₂無剩余，則每生產1mol Zn，應向焙燒爐和鼓風爐中鼓入新鮮空氣共

459.2L

L（S．T．P）．

Answer 1

分析：（1）計算出ZnS中鋅的質量分數ω（S），閃鋅礦中硫化鋅的含量16%÷ω（S）；
（2）假定有2molZnS，最少通入3molO₂，計算出生成的SO₂的物質的量，及未反應的N₂的物質的量，利用體積方式計算；
（3）根據轉化率的定義計算C0的總轉化率；
令需焦炭質量為mg，實際利用的為89%mg，由方程式可得，關系式ZnO（s）～C（s），即n（ZnO）=n（C），據此計算；
（4）令生產1molZn鼓風爐中消耗空氣物質的量為5y，則通入的氧氣為y、制得一氧化碳為2y，實際用于還原ZnO的CO物質的量為2y×62.5%，由方程式可知，2y×62.5%=1mol；
令1molZn焙燒爐中消耗空氣的物質的量為5x，根據Zn元素守恒，需ZnS1mol，根據差量法計算出從焙燒爐出來的氣體物質的量變化量，利用混合氣體中N₂占82.5%，列方程；
兩處之和即為鼓入新鮮空氣．

解答：解：（1）ZnS中鋅的質量分數ω（S）=

32

65+32

×100%，
閃鋅礦中硫化鋅的含量為16%÷ω（S）=16%÷

32

65+32

×100%=48.5%，故答案為：48.5%；
（2）假定有2molZnS，最少通入3molO₂，根據方程式2ZnS（s）+3O₂→2ZnO（s）+2SO₂ （g） 可知，生成的SO₂的物質的量為2mol；未參加反應的N₂的物質的量為3mol×4=12mol．此時SO₂的體積分數為

2mol

2mol+14mol

×100%=14.3%．實際通入的空氣要多，故SO₂的體積分數不超過14.3%．
故答案為：14.3%；
（3）由表可知，3min時，反應達平衡，此時C0的平衡濃度為0.01mol/L，
所以C0的總轉化率為

0.11mol/L-0.01mol/L

0.11mol/L

×100%=90.9%．
令需焦炭質量為mg，實際利用的為95%mg，由方程式可得，關系式ZnO（s）～C（s），所以n（ZnO）=n（C），
即

95%mg

12g/mol

=1，解得m=12.6g，
故答案為：90.9%；12.6；
（4）設焙燒爐中消耗空氣的物質的量為5x，鼓風爐中消耗空氣物質的量為5y
則：2C+O2=2CO； ZnO（s）+CO（g）=Zn（g）+CO2（g）．
       y   2y         2y×62.5%  1mol
 所以2y×62.5%=1mol    
解得 y=0.8mol，所以 5y=4mol
   2ZnS+3O₂=2ZnO+2SO₂ △n，
   2mol               1mol
   1mol               0.5mol
所以4x/（5x-0.5mol）=82.5%  
解得  x=3.3mol，所以 5x=16.5mol
所以5x+5y=4mol+16.5mol=20.5mol
V（空氣）=20.5mol×22.4L?mol-1=459.2L
故答案為：459.2L．

點評：本題以金屬冶煉為載體，考查有關化學平衡的計算，綜合性大，難度高，關鍵要理清思路、掌握好基礎知識，注意把握習題中的信息來解答．