Question

15．锌是一种应用广泛的金属，目前工业上主要采用“湿法”工艺冶炼锌．某硫化锌精矿的主要成分为ZnS（还含少量FeS等其他成分），以其为原料冶炼锌的工艺流程如图所示：

回答下列问题：
（1）硫化锌精矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行，所产生焙砂的主要成分的化学式为ZnO．
（2）焙烧过程中产生的含尘烟气可净化制酸，该酸可用于后续的浸出操作．
（3）浸出液“净化”过程中加入的主要物质为锌粉，其作用是置换出Fe等，反应的离子方程式为Zn+Fe²⁺=Zn²⁺+Fe．
（4）电解沉积过程中的阴极采用铝板，阳极采用Pb-Ag合金惰性电极，阳极逸出的气体是O₂．
（5）改进的锌冶炼工艺，采用了“氧压酸浸”的全湿法流程，既省略了易导致空气污染的焙烧过程，又可获得一种有工业价值的非金属单质．“氧压酸浸”中发生的主要反应的离子方程式为2ZnS+4H⁺+O₂=2Zn²⁺+2S↓+2H₂O．
（6）硫化锌精矿（ZnS）遇到硫酸铜溶液可慢慢地转变为铜蓝（CuS）．请用简短的语言解释该反应发生的原理在一定条件下，溶解度小的矿物可以转化为溶解度更小的矿物（或在相同条件下，由于K_SP（CuS）小于K_SP（ZnS），故反应可以发生）．
（7）我国古代曾采用“火法”工艺冶炼锌．明代宋应星著的《天工开物》中有关于“升炼倭铅”的记载：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内，…，然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，…，冷淀，毁罐取出，…，即倭铅也．”该炼锌工艺过程主要反应的化学方程式为ZnCO₃+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Zn+3CO↑．（注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，倭铅是指金属锌）

Answer 1

分析 硫化锌精矿的焙烧可生成ZnO、氧化铁等，含尘烟气含有含硫氧化物，可用于制备硫酸，浸出液加入硫酸可生成硫酸锌、硫酸铁，加入过量锌充分反应，可置换出铁，滤液中主要含有硫酸锌，经电解可得到锌和硫酸，电解液中含有硫酸，可循环利用；
（1）含锌矿的主要成分是ZnS，与空气中氧气发生氧化还原反应，判断焙砂的主要成分为氧化锌；
（2）焙烧生成的含硫氧化物可转换为硫酸；
（3）该含锌矿中还含有FeS等杂质，浸出操作后转化为亚铁离子，可加入锌粉出去亚铁离子，从而除去Fe；
（4）电解沉积过程中，是电解ZnSO₄，阳极上是氢氧根离子失电子发生氧化反应；
（5）“氧压酸浸”法顾名思义，可知反应物中含有H⁺和O₂，可以获得非金属单质S，根据反应物和生成物写出化学方程式；
（6）根据沉淀的转化原理可知，在一定条件下，溶解度小的矿物可以转化为溶解度更小的矿物；
（7）根据题目描述可知反应物为ZnCO₃和C，产物含有Zn，根据反应物和生成物写出化学方程式．

解答 解：硫化锌精矿的焙烧可生成ZnO、氧化铁等，含尘烟气含有含硫氧化物，可用于制备硫酸，浸出液加入硫酸可生成硫酸锌、硫酸铁，加入过量锌充分反应，可置换出铁，滤液中主要含有硫酸锌，经电解可得到锌和硫酸，电解液中含有硫酸，可循环利用；
（1）硫化锌精矿的主要成分为ZnS（还含少量FeS等其他成分），含锌矿的主要成分是ZnS，与空气中氧气发生氧化还原反应，则焙砂的主要成分为ZnO，
故答案为：ZnO；
（2）流程图分析可知，焙烧生成的含硫氧化物可转换为硫酸，用于后续的浸出操作，
故答案为：浸出；
（3）该含锌矿中还含有FeS等杂质，浸出操作后转化为亚铁离子，可加入锌粉出去亚铁离子，从而除去Fe，反应的离子方程式为Zn+Fe²⁺=Zn²⁺+Fe，
故答案为：置换出Fe等；Zn+Fe²⁺=Zn²⁺+Fe；
（4）电解沉积过程中，是电解ZnSO₄，阴极锌离子放电生成锌，阳极发生氧化反应，产物为O₂，故答案为：O₂；
（5）“氧压酸浸”法顾名思义，可知反应物中含有H⁺和O₂，可以获得非金属单质S，写出化学方程式为：2ZnS+4H⁺+O₂=2Zn²⁺+2S↓+2H₂O；
故答案为：2ZnS+4H⁺+O₂=2Zn²⁺+2S↓+2H₂O；
（6）根据沉淀的转化原理可知，在一定条件下，溶解度小的矿物可以转化为溶解度更小的矿物，所以硫化锌精矿（ZnS）遇到硫酸铜溶液可慢慢地转变为铜蓝（CuS），
故答案为：在一定条件下，溶解度小的矿物可以转化为溶解度更小的矿物（或在相同条件下，由于K_SP（CuS）小于K_SP（ZnS），故反应可以发生）；
（7）根据题目描述可知反应物为ZnCO₃和C，产物含有Zn，则化学方程式为ZnCO₃+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Zn+3CO↑，故答案为：ZnCO₃+2C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Zn+3CO↑．

点评 本题难度中等，掌握氧化物的特征、利用化合价的原则计算指定元素的化合价的方法、化学方程式的书写方法、含杂质物质的化学方程式的计算等是正确解答本题的关键．