Question

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）通过浮选、

焙烧使它转化为氧化锌，再把氧化锌和足量焦炭混合，在鼓风炉中加热至1373~1573K，使锌蒸馏出来。主要反应为：

焙烧炉中：2ZnS＋3O₂＝2ZnO＋2SO₂     ①

鼓风炉中：2C＋O₂＝2CO             ②

ZnO (s)＋CO (g)  Zn (g)＋CO₂ (g)    ③

假设鼓风炉体积固定且密闭，随反应的进行鼓风炉内不同时间气态物质的物质的量浓度(mol/L)如下表

反应进行时间/min	CO	Zn	CO2
0	0.11	0	0
2	0.1	0.01	0.01
30	c1	c2	c2
35	c1	c2	c2

(1) 若保持温度不变，在鼓风炉中增大CO的浓度，K值      （填“增大”、“减小”或“不变”）；

(2) 已知：该温度时，化学平衡常数K=1.0，则表中c₁＝            （写出计算过程）

 

(3) 假设通过改变反应条件，若使焙烧炉中反应①的ZnO几乎完全被CO还原，焙烧炉和鼓风炉消耗的O₂的体积比不超过           。

(4) 若起始浓度不变，通过改变反应条件，达平衡时鼓风炉中反应③CO的转化率为80%，此时该反应的平衡常数K＝              ，此时焙烧炉和鼓风炉消耗的O₂的体积比大于            

Answer 1

(1)  不变(1分)；(2)  0.01 mol/L (3)  3：1  (4)  0.352 ；12：5或2.4

解析:

（1）对于确定可逆反应的平衡常数而言，只受温度的影响，故K不变。

(2) 由表中数据分析可知，反应③进行至30 min时，反应③达到平衡状态；故c₁浓度为CO的平衡浓度。

设：从起始到平衡CO的浓度变化为x mol·L ^-1

ZnO (s)＋CO (g)  Zn (g)＋CO₂ (g)

起始：       0.11           0       0

变化：       x             x        x

平衡：    (0.11－x)         x        x

 

则该温度下反应的平衡常数                      

即：x²＋x－0.11＝0

(x＋1.1)·(x－0.1)＝0     x＝0.1 mol·L ^-1 

         所以c₁＝0.01 mol·L ^-1      

(3) ZnO几乎完全被CO还原的临界，将③视作完全进行的反应，②+③×2，得

鼓风炉中：  2ZnO (s)＋2C＋O₂=2 Zn (g)＋CO₂ (g)。

焙烧炉中：  2ZnS＋3O₂＝2ZnO＋2SO₂    

故3：1是恰好被还原的理论值，超过则ZnS（ZnO ）过量。

（4）解：设：从起始到平衡CO的浓度变化为x mol·L ^-1

ZnO (s)＋CO (g)  Zn (g)＋CO₂ (g)

起始：       0.11           0       0

变化：       0.088         0.0888   0.088         

平衡：       0.022        0.088     0.088  

    K=(0.088×0.088)/0.22 =0.352