Question

【题目】现代炼锌的方法可分为火法和湿法两大类。火法炼锌是将闪锌矿(主要含ZnS)焙烧使它转化为氧化锌，再把氧化锌和焦炭混合，在鼓风炉中加热至1100℃～1300℃，使锌蒸馏出来（设空气中N2、O2的体积分数分别为0.80、0.20），主要反应为：焙烧炉中：2ZnS(s)+3O2(g) →2ZnO(s)+2SO2(g)①，鼓风炉中：2C(s)+O2(g) →2CO②，鼓风炉中： ZnO(s)+CO(g) Zn(g)+CO2(g)③。

（1）已知闪锌矿中含硫的质量分数为16.0%，而所含杂质不含硫，则闪锌矿中硫化锌的质量分数为__。现代工业生产多采用联合生产，可将闪锌矿中的硫用于生产硫酸。现有此闪锌矿100 t，在理论上可生产出98.0%的硫酸___t。

（2）焙烧炉产生的炉气中SO2的体积分数不超过__%（保留小数点后一位小数，下同）。

（3）鼓风炉容积固定，炉内部分气态物质其物质的量浓度（mol/L）变化如下：

时间/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

则鼓风炉中CO总的转化率为___；若生产中CO总的利用率为95.0%，列式计算每生产1molZn，至少需要补充焦炭多少克___？

（4）若ZnS全部转化为Zn，焙烧炉出来的N2、O2、SO2混合气体中N2占82.5%，鼓风炉中CO的转化率为62.5%，而O2无剩余，试列式计算每生产1molZn，应向焙烧炉和鼓风炉中鼓入新鲜空气共多少升(S.T.P) ____？

Answer 1

【答案】48.5% 50.0 14.3% 90.9% 12.6 g 459.2 L

【解析】

（1）ZnS中锌的质量分数ω(S)=，则：ω(ZnS)×=16%，故ω(ZnS)=48.5%，设生成98%硫酸为x t，则： S～～～～～～～H2SO4

32 98

100 t×16% x t×98%

所以32：98=（100t×16%）：（x t×98%），解得x=50，

故答案为：48.5%；50.0；

（2）假定有2 mol ZnS，最少通入3 mol O2，根据方程式2ZnS(s)+3O2=2ZnO(s)+2SO2(g) 可知，生成的SO2的物质的量为2mol，未参加反应的N2的物质的量为3mol×4=12mol，此时SO2的体积分数为×100%=14.3%．实际通入的空气要多，故SO2的体积分数不超过14.3%，

故答案为：14.3；

(3)由表可知，3min时反应达平衡，平衡时时CO的平衡浓度为0.01mol/L，所以CO的总转化率为×100%=90.9%，令需焦炭质量为m g，实际利用的为95%m g，由方程式可得，关系式ZnO(s)～C(s)，所以n(ZnO)=n(C)，即=1，解得m=12.6；

故答案为：90.9%；12.6g；
（4）设焙烧炉中消耗空气的物质的量为5x，鼓风炉中消耗空气物质的量为5y，

则：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，则5x+5y=4mol+16.5mol=20.5mol，V(空气)=20.5 mol×22.4 Lmol-1=459.2L；

答案：应向焙烧炉和鼓风炉中鼓入新鲜空气共459.2 L。