Question

9．中国是世界炼锌的发源地，宋应星著于明崇祯十年（1637年）的《天工开物》一书则是最早记述炼锌技术的典籍．回答下列问题：
Ⅰ．《天工开物》中有关于“升炼倭铅”的记载：“炉甘石（碳酸锌）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（金属锌）也．”
（1）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↑．
Ⅱ．目前，工业上主要采用“湿法炼锌”．以闪锌矿（主要成分为 ZnS，含有FeS等杂质）为原料冶炼锌的工艺流程如图所示．

（2）闪锌矿的焙烧在氧气气氛的沸腾炉中进行，所产生焙砂的成分的化学式为ZnO、Fe₂O₃．
（3）焙烧过程中产生的含尘烟气可净化制酸，该酸的名称是硫酸．工业上常采用“针铁矿法”净化浸出液，在80～100℃，Fe³⁺浓度低于1g/L，调节浸出液的pH在3～5之间，溶液中的铁可以呈针铁矿（FeOOH）的形式析出．
（4）浸出液的Fe³⁺浓度较高，应先加入SO₂或ZnS将其中的Fe³⁺还原为Fe²⁺，再以ZnO调节酸度，在空气缓慢氧化得 
Fe³⁺，最后Fe³⁺ 转化成针铁矿沉淀．Fe²⁺沉淀过程的总离子方程式为4Fe²⁺+O₂+4ZnO+2H₂O=4FeOOH+4Zn²⁺．
（5）电解沉积锌是以Pb-Ag合金惰性电极作阳极、纯铝板作阴极，通以直流电，在阴极上析出金属锌，电解过程的化学反应方程式为2ZnSO₄+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Zn+2H₂SO₄+O₂↑．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）碳酸锌与碳在高温下反应生成锌和一氧化碳，结合氧化还原反应得失电子守恒配平方程式；
Ⅱ．闪锌矿（主要成分为 ZnS，含有FeS等杂质焙烧可生成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，净化除去铁元素，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，
（2）含锌矿的主要成分是ZnS、FeS，与空气中氧气发生氧化还原反应，判断焙砂的主要成分；
（3）含尘烟气含有含硫氧化物，根据元素守恒判断酸的名称；
（4）除去浸出液的Fe³⁺，可以用SO₂或ZnS将铁离子还原，再以ZnO调节酸度，同时亚铁离子被空气氧化得FeOOH而除去铁元素，根据电荷守恒书写离子方程式；
（5）电解硫酸锌溶液，锌离子在阴极被还原成锌单质，阳极上氢氧根放电生成氧气，据此书写电解方程式．

解答 解：Ⅰ．（1）碳酸锌与碳在高温下反应生成锌和一氧化碳，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↑；
Ⅱ．闪锌矿（主要成分为 ZnS，含有FeS等杂质焙烧可生成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，净化除去铁元素，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，
（2）含锌矿的主要成分是ZnS、FeS，与空气中氧气发生氧化还原反应，则焙砂的主要成分为ZnO、Fe₂O₃，
故答案为：ZnO、Fe₂O₃；
（3）含尘烟气含有含硫氧化物，根据元素守恒可知，制得的酸为硫酸，
故答案为：硫酸；
（4）除去浸出液的Fe³⁺，可以用SO₂或ZnS将其中的 Fe³⁺还原为Fe²⁺，再以ZnO调节酸度，同时亚铁离子被空气氧化得FeOOH而除去铁元素，反应的离子方程式为4Fe²⁺+O₂+4ZnO+2H₂O=4FeOOH+4Zn²⁺，
故答案为：其中的 Fe³⁺还原为Fe²⁺；4Fe²⁺+O₂+4ZnO+2H₂O=4FeOOH+4Zn²⁺；
（5）电解硫酸锌溶液，锌离子在阴极被还原成锌单质，阳极上氢氧根放电生成氧气，电解的化学方程式为2ZnSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Zn+2H₂SO₄+O₂↑，
故答案为：阴极；2ZnSO₄+2H₂O $\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$2Zn+2H₂SO₄+O₂↑．

点评 本题以流程题的形成考查物质的分离、提纯，为高考成常见题型，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，注意把握物质的性质以及实验的原理，难度不大．