Question

現代煉鋅的方法可分為火法和濕法兩大類。火法煉鋅是將閃鋅礦（主要含ZnS）通過浮選、
焙燒使它轉化為氧化鋅，再把氧化鋅和足量焦炭混合，在鼓風爐中加熱至1373~1573K，使鋅蒸餾出來。主要反應為：
焙燒爐中：2ZnS＋3O₂＝2ZnO＋2SO₂    ①
鼓風爐中：2C＋O₂＝2CO             ②
ZnO (s)＋CO (g)  Zn (g)＋CO₂ (g)    ③
假設鼓風爐體積固定且密閉，隨反應的進行鼓風爐內不同時間氣態物質的物質的量濃度(mol/L)如下表

反應進行時間/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) 若保持溫度不變，在鼓風爐中增大CO的濃度，K值     （填“增大”、“減小”或“不變”）；
(2) 已知：該溫度時，化學平衡常數K=1.0，則表中c₁＝           （寫出計算過程）
(3) 假設通過改變反應條件，若使焙燒爐中反應①的ZnO幾乎完全被CO還原，焙燒爐和鼓風爐消耗的O₂的體積比不超過          。
(4) 若起始濃度不變，通過改變反應條件，達平衡時鼓風爐中反應③CO的轉化率為80%，此時該反應的平衡常數K＝             ，此時焙燒爐和鼓風爐消耗的O₂的體積比大于            

Answer 1

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

（1）對于確定可逆反應的平衡常數而言，只受溫度的影響，故K不變。
(2) 由表中數據分析可知，反應③進行至30 min時，反應③達到平衡狀態；故c₁濃度為CO的平衡濃度。
設：從起始到平衡CO的濃度變化為x mol·L ^-1
ZnO (s)＋CO (g)  Zn (g)＋CO₂ (g)
起始：       0.11           0       0
變化：      x             x        x
平衡：    (0.11－x)        x        x
 
則該溫度下反應的平衡常數                     
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幾乎完全被CO還原的臨界，將③視作完全進行的反應，②+③×2，得
鼓風爐中：  2ZnO (s)＋2C＋O₂="2" Zn (g)＋CO₂ (g)。
焙燒爐中：  2ZnS＋3O₂＝2ZnO＋2SO₂    
故3：1是恰好被還原的理論值，超過則ZnS（ZnO ）過量。
（4）解：設：從起始到平衡CO的濃度變化為x mol·L ^-1
ZnO (s)＋CO (g)  Zn (g)＋CO₂ (g)
起始：       0.11           0       0
變化：      0.088         0.0888   0.088         
平衡：       0.022       0.088     0.088  
K="(0.088×0.088)/0.22" =0.352