题目内容
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0.8、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16%（其它杂质不含硫），则闪锌矿中硫化锌的含量为
（2）焙烧炉产生的炉气中SO2的体积分数不超过
（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：
则鼓风炉中CO总的转化率为
（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，则每生产1mol Zn，应向焙烧炉和鼓风炉中鼓入新鲜空气共
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16%（其它杂质不含硫），则闪锌矿中硫化锌的含量为
48.5%
48.5%
．（2）焙烧炉产生的炉气中SO2的体积分数不超过
14.3%
14.3%
%（保留小数后一位数字）．（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 |
90.9%
90.9%
；若生产中CO总的利用率为95%，则每生产1molZn，至少需要补充焦炭12.6g
12.6g
g．（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，则每生产1mol Zn，应向焙烧炉和鼓风炉中鼓入新鲜空气共
459.2L
459.2L
L（S．T．P）．分析：（1）计算出ZnS中锌的质量分数ω（S），闪锌矿中硫化锌的含量16%÷ω（S）；
（2）假定有2molZnS，最少通入3molO2，计算出生成的SO2的物质的量，及未反应的N2的物质的量，利用体积方式计算；
（3）根据转化率的定义计算C0的总转化率；
令需焦炭质量为mg，实际利用的为89%mg，由方程式可得，关系式ZnO（s）～C（s），即n（ZnO）=n（C），据此计算；
（4）令生产1molZn鼓风炉中消耗空气物质的量为5y，则通入的氧气为y、制得一氧化碳为2y，实际用于还原ZnO的CO物质的量为2y×62.5%，由方程式可知，2y×62.5%=1mol；
令1molZn焙烧炉中消耗空气的物质的量为5x，根据Zn元素守恒，需ZnS1mol，根据差量法计算出从焙烧炉出来的气体物质的量变化量，利用混合气体中N2占82.5%，列方程；
两处之和即为鼓入新鲜空气．
（2）假定有2molZnS，最少通入3molO2，计算出生成的SO2的物质的量，及未反应的N2的物质的量，利用体积方式计算；
（3）根据转化率的定义计算C0的总转化率；
令需焦炭质量为mg，实际利用的为89%mg，由方程式可得，关系式ZnO（s）～C（s），即n（ZnO）=n（C），据此计算；
（4）令生产1molZn鼓风炉中消耗空气物质的量为5y，则通入的氧气为y、制得一氧化碳为2y，实际用于还原ZnO的CO物质的量为2y×62.5%，由方程式可知，2y×62.5%=1mol；
令1molZn焙烧炉中消耗空气的物质的量为5x，根据Zn元素守恒，需ZnS1mol，根据差量法计算出从焙烧炉出来的气体物质的量变化量，利用混合气体中N2占82.5%，列方程；
两处之和即为鼓入新鲜空气．
解答：解：（1）ZnS中锌的质量分数ω（S）=
×100%，
闪锌矿中硫化锌的含量为16%÷ω（S）=16%÷
×100%=48.5%，故答案为：48.5%；
（2）假定有2molZnS，最少通入3molO2，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，此时C0的平衡浓度为0.01mol/L，
所以C0的总转化率为
×100%=90.9%．
令需焦炭质量为mg，实际利用的为95%mg，由方程式可得，关系式ZnO（s）～C（s），所以n（ZnO）=n（C），
即
=1，解得m=12.6g，
故答案为：90.9%；12.6；
（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
所以5x+5y=4mol+16.5mol=20.5mol
V（空气）=20.5mol×22.4L?mol-1=459.2L
故答案为：459.2L．
| 32 |
| 65+32 |
闪锌矿中硫化锌的含量为16%÷ω（S）=16%÷
| 32 |
| 65+32 |
（2）假定有2molZnS，最少通入3molO2，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
| 2mol |
| 2mol+14mol |
故答案为：14.3%；
（3）由表可知，3min时，反应达平衡，此时C0的平衡浓度为0.01mol/L，
所以C0的总转化率为
| 0.11mol/L-0.01mol/L |
| 0.11mol/L |
令需焦炭质量为mg，实际利用的为95%mg，由方程式可得，关系式ZnO（s）～C（s），所以n（ZnO）=n（C），
即
| 95%mg |
| 12g/mol |
故答案为：90.9%；12.6；
（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
所以5x+5y=4mol+16.5mol=20.5mol
V（空气）=20.5mol×22.4L?mol-1=459.2L
故答案为：459.2L．
点评：本题以金属冶炼为载体，考查有关化学平衡的计算，综合性大，难度高，关键要理清思路、掌握好基础知识，注意把握习题中的信息来解答．
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，若在上述条件下，把l000ag CaCO3和60ag
SiO2混合，则生成的CO2在标准状况下的体积为 （用含a的代数式表示）。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0.8、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) →2CO ②
鼓风炉中：ZnO(s) + CO(g)
Zn(g)+CO2(g)
③
（1）已知闪锌矿中含硫16％(其它杂质不含硫)，则闪锌矿中硫化锌的含量为 。
（2）焙烧炉产生的炉气中SO2的体积分数不超过 %（保留小数后一位数字）。
⑶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%，则每生产1molZn，至少需要补充焦炭 g。
⑷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，则每生产1mol Zn，应向焙烧炉和鼓风炉中鼓入新鲜空气共 L(S.T.P)。