Question

18．湿法炼锌的冶炼过程可用如图简略表示：
请回答下列问题：
（1）已知：N₂H₄（l）═N₂（g）+2H₂（g）△H=a kJ•mol^-1，该反应不能自发进行，则a＞0（填“＞”、“＜”或“=”）．
（2）ZnS焙烧的反应2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$2SO₂+2ZnO所涉及的物质中，发生氧化反应的物质是ZnS；已知ZnO属于两性氧化物，写出ZnO与NaOH溶液反应的化学方程式：2NaOH+ZnO=Na₂ZnO₂+H₂O．
（3）电解过程中析出锌的电极反应式为[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-=Zn+4NH₃↑．
（4）产生的SO₂可用Ba（NO₃）₂溶液吸收，部分产物可作为工业原料，其反应的离子方程式为3SO₂+2H₂O+2NO₃^-+3Ba²⁺=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺．
（5）锌-空气电池与锂电池相比，具有储存电量高、成本低、没有安全隐患等优点．该电池的总反应为2Zn+O₂═2ZnO，电解质溶液为KOH溶液，则负极的电极反应式为Zn+2OH^--2e^-=ZnO+H₂O．25℃时，以该电池为电源，用两个等质量的铜棒作电极电解500mL 0.1mol/L CuSO₄溶液，一段时间后切断电源，对电极干燥并称量，测得两电极的质量差为9.6g，则至少需要4.2L空气（折算成标准状况）进入该电池．
（6）已知一个电子的电量是1.602×10^-19C，用上述电池电解饱和食盐水，当电路中通过1.929×10⁵C的电量时，生成NaOH80g．

Answer 1

分析 锌精矿焙烧得到二氧化硫和ZnO，将ZnO加入NH₃-NH₄Cl溶液中，发生反应得到[Zn（NH₃）₄]Cl₂，电解[Zn（NH₃）₄]Cl₂溶液得到Zn，
（1）吸热的熵减的反应在任何条件下都不能自发进行；
（2）ZnS焙烧的反应2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$2SO₂+2ZnO所涉及的物质中，S元素化合价由-2价变为+4价、O元素化合价由0价变为-2价，失电子的物质发生氧化反应；
ZnO属于两性氧化物，ZnO与NaOH溶液反应生成偏锌酸钠和水；
（3）电解过程中析出锌的电极上[Zn（NH₃）₄]²⁺ 得电子发生还原反应；
（4）产生的SO₂可用Ba（NO₃）₂溶液吸收，二氧化硫具有还原性，能被氧化生成硫酸根离子，硫酸根离子和钡离子反应生成硫酸钡沉淀；
（5）锌-空气电池与锂电池相比，具有储存电量高、成本低、没有安全隐患等优点．该电池的总反应为2Zn+O₂═2ZnO，电解质溶液为KOH溶液，负极上Zn失电子和氢氧根离子反应生成ZnO和水；
根据转移电子相等计算消耗空气体积；
（6）已知一个电子的电量是1.602×10^-19C，用上述电池电解饱和食盐水，当电路中通过1.929×105C的电量时，转移电子个数=$\frac{1.929×1{0}^{5}C}{1.602×1{0}^{-19}C}$=1.204×10²⁴，则转移电子物质的量为2mol，根据转移电子和NaOH之间的关系式计算氢氧化钠质量．

解答 解：锌精矿焙烧得到二氧化硫和ZnO，将ZnO加入NH₃-NH₄Cl溶液中，发生反应得到[Zn（NH₃）₄]Cl₂，电解[Zn（NH₃）₄]Cl₂溶液得到Zn，
（1）N₂H₄（l）═N₂（g）+2H₂（g）△H=a kJ•mol^-1，该反应不能自发进行，说明△G=△H-T△S＞0，该反应是熵增的反应，则△S＞0，则a＞0，
故答案为：＞；
（2）ZnS焙烧的反应2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$2SO₂+2ZnO所涉及的物质中，S元素化合价由-2价变为+4价、O元素化合价由0价变为-2价，失电子的物质发生氧化反应，则发生氧化反应的物质是ZnS；
ZnO属于两性氧化物，ZnO与NaOH溶液反应生成偏锌酸钠和水，反应方程式为2NaOH+ZnO=Na₂ZnO₂+H₂O，
故答案为：ZnS；2NaOH+ZnO=Na₂ZnO₂+H₂O；
（3）电解过程中析出锌的电极上[Zn（NH₃）₄]²⁺ 得电子发生还原反应，电极反应式为[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-=Zn+4NH₃↑，故答案为：[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-=Zn+4NH₃↑；
（4）产生的SO₂可用Ba（NO₃）₂溶液吸收，二氧化硫具有还原性，能被氧化生成硫酸根离子，硫酸根离子和钡离子反应生成硫酸钡沉淀，离子反应方程式为3SO₂+2H₂O+2NO₃^-+3Ba²⁺=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺，
故答案为：3SO₂+2H₂O+2NO₃^-+3Ba²⁺=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺；
（5）锌-空气电池与锂电池相比，具有储存电量高、成本低、没有安全隐患等优点．该电池的总反应为2Zn+O₂═2ZnO，电解质溶液为KOH溶液，负极上Zn失电子和氢氧根离子反应生成ZnO和水，电极反应式为Zn+2OH^--2e^-=ZnO+H₂O；
以该电池为电源，用两个等质量的铜棒作电极电解500mL 0.1mol/L CuSO₄溶液，阳极上是Cu-2e^-=Cu²⁺，阴极上是Cu²⁺+2e^-=Cu，对电极干燥并称量，测得两电极的质量差为9.6g，则减少的铜和生成的铜各是4.8g即0.075mol，转移电子是0.15mol，根据反应2Zn+O₂═2ZnO，当转移电子是4mol时，消耗氧气是1moL，所以转移电子是0.15mol时，消耗氧气是0.0375moL，氧气体积是空气提及的五分之一，所以消耗空气的体积是0.0375moL×5×22.4L/mol=4.2L；
故答案为：Zn+2OH^--2e^-=ZnO+H₂O；4.2；
（6）已知一个电子的电量是1.602×10^-19C，用上述电池电解饱和食盐水，当电路中通过1.929×105C的电量时，转移电子个数=$\frac{1.929×1{0}^{5}C}{1.602×1{0}^{-19}C}$=1.204×10²⁴，则转移电子物质的量为2mol，转移电子和NaOH之间的关系式为2e^----2NaOH，当转移2mol电子时生成2molNaOH，则m（NaOH）=2mol×40g/mol=80g，
故答案为：80．

点评 本题以物质制备为载体考查电解原理、氧化还原反应等知识点，为高频考点，明确物质性质及各个电极上发生的反应是解本题关键，注意利用转移电子守恒进行相关计算，易错点是（4）题，二氧化硫和硝酸钡溶液反应发生氧化还原反应生成硫酸钡而不是生成亚硫酸钡，题目难度中等．