Question

4．锌是一种过渡金属，外观呈现银白色，在现代工业中对于电池制造上有不可磨灭的地位．现代炼锌的方法可分为火法和湿法两大类．硫酸铅是生产锌的副产品．
（1）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，再把氧化锌和焦炭混合，在鼓风炉中加热至1473-1573K，使锌蒸馏出来．将闪锌矿焙烧使它转化为氧化锌的主要化学反应方程式为2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂．
（2）某含锌矿的主要成分为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．
②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，以达到净化的目的．
③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
（3）工业冶炼锌的过程中，会产生铅浮渣（主要成分是PbO、Pb，还含有少量Ag、Zn、CaO和其他不溶于硝酸的杂质），某科研小组研究利用铅浮渣生产硫酸铅的流程如下：

已知：25℃时，K_sp（CaSO₄）=4.9×10^-5，K_SP（PbSO₄）=1.6×10^-8．
①已知步骤Ⅰ有NO气体产生，浸出液中含量最多的阳离子是Pb²⁺．写出Pb参加反应的化学方程式3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O．
②步骤Ⅰ需控制Pb的用量并使Pb稍有剩余，目的是防止Ag被溶解进入溶液（或使Ag留在浸出渣中），产品PbSO₄还需用Pb（NO₃）₂溶液多次洗涤，目的是除去附着在硫酸铅表面的微溶物硫酸钙．
③母液中可循环利用的溶质的化学式是HNO₃（填一种物质）；母液经过处理可得电镀Zn时电解质溶液，在铁棒上镀锌时，阳极材料为Zn或锌．
（4）银锌电池是一种常见电池，电池的总反应式为：Ag₂O+Zn+H₂O=2Ag+Zn（OH）₂，电解质溶液为KOH溶液，电池工作时正极的电极式为Ag₂O+H₂O+2e^-═2Ag+2OH^-．

Answer 1

分析 （1）焙烧中硫化锌与氧气在高温下反应生成氧化锌和二氧化硫；
（2）①ZnS在氧气燃烧发生氧化还原反应生成产物出来氧化锌外还有硫的氧化物，可转换为硫酸，用于后续的浸出操作；
②锌的活泼性强于铁，能够与二价铁离子反应生成铁；
③依据题意“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，可知反应物中含有H⁺和O₂，可以获得非金属单质S；
（3）①根据题给信息硝酸把铅氧化成Pb²⁺，硝酸被还原成NO，据此写出方程式；
②铅浮渣中含银，银也和硝酸反应；硫酸钙微溶，易沉淀在PbSO₄表面，所以需用Pb（NO₃）₂溶液多次洗涤，除去CaSO₄；
③Pb（NO₃）₂溶液加硫酸后生成硫酸铅沉淀和硝酸，过滤得滤液含硝酸；铁棒上镀锌，镀层金属作阳极，锌作阳极；
（4）正极得电子发生还原反应，根据总反应书写电极方程式．

解答 解：（1）由题中信息可知，闪锌矿（主要成分是ZnS）通过浮选焙烧使它转化为氧化锌，反应的化学方程式为：2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂；
故答案为：2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂；
（2）①ZnS在氧气燃烧发生氧化还原反应生成产物出来氧化锌外还有硫的氧化物，可转换为硫酸，用于后续的浸出操作；
故答案为：浸出；                                                    
②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，离子方程式：Zn+Fe²⁺=Zn²⁺+Fe；
故答案为：置换出Fe等，以达到净化的目的；             
③“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；   
（3）①根据题给信息硝酸把铅氧化成Pb²⁺，硝酸被还原成NO，故反应方程式为3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
故答案为：3Pb+8HNO₃=3Pb（NO₃）₂+2NO↑+4H₂O；
②若硝酸过量，则过量的硝酸会和银反应生成硝酸银，产品中会有杂质，所以步骤I需控制硝酸的用量并使Pb稍有剩余，其目的是防止Ag被溶解进入溶液；硫酸钙微溶，易沉淀在PbSO₄表面，所以需用Pb（NO₃）₂溶液多次洗涤，除去CaSO₄，
故答案为：防止Ag被溶解进入溶液（或使Ag留在浸出渣中）；除去附着在硫酸铅表面的微溶物硫酸钙；
③Pb（NO₃）₂溶液加硫酸后生成硫酸铅沉淀和硝酸，所以母液可循环利用于步骤I，其溶质主要是HNO₃，铁棒上镀锌，镀层金属作阳极，锌作阳极，
故答案为：HNO₃；Zn或锌；
 （4）正极得电子发生还原反应，电极方程式为：Ag₂O+H₂O+2e^-═2Ag+2OH^-，
故答案为：Ag₂O+H₂O+2e^-═2Ag+2OH^-．

点评 本题为工艺流程题，为高考常见题型，侧重学生的分析、实验能力的考查，通过锌的炼制、金属的冶炼原理、电解原理及其应用，考查了化学方程式、离子方程式的书写及计算，物质分离提纯的方法，明确工艺流程及各种物质的性质是解题关键，题目难度中等．