Question

【題目】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)焙燒使它轉化為氧化鋅，再把氧化鋅和焦炭混合，在鼓風爐中加熱至1100℃～1300℃，使鋅蒸餾出來（設空氣中N2、O2的體積分數分別為0.80、0.20），主要反應為：焙燒爐中：2ZnS(s)+3O2(g) →2ZnO(s)+2SO2(g)①，鼓風爐中：2C(s)+O2(g) →2CO②，鼓風爐中： ZnO(s)+CO(g) Zn(g)+CO2(g)③。

（1）已知閃鋅礦中含硫的質量分數為16.0%，而所含雜質不含硫，則閃鋅礦中硫化鋅的質量分數為__。現代工業生產多采用聯合生產，可將閃鋅礦中的硫用于生產硫酸。現有此閃鋅礦100 t，在理論上可生產出98.0%的硫酸___t。

（2）焙燒爐產生的爐氣中SO2的體積分數不超過__%（保留小數點后一位小數，下同）。

（3）鼓風爐容積固定，爐內部分氣態物質其物質的量濃度（mol/L）變化如下：

時間/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

則鼓風爐中CO總的轉化率為___；若生產中CO總的利用率為95.0%，列式計算每生產1molZn，至少需要補充焦炭多少克___？

（4）若ZnS全部轉化為Zn，焙燒爐出來的N2、O2、SO2混合氣體中N2占82.5%，鼓風爐中CO的轉化率為62.5%，而O2無剩余，試列式計算每生產1molZn，應向焙燒爐和鼓風爐中鼓入新鮮空氣共多少升(S.T.P) ____？

Answer 1

【答案】48.5% 50.0 14.3% 90.9% 12.6 g 459.2 L

【解析】

（1）ZnS中鋅的質量分數ω(S)=，則：ω(ZnS)×=16%，故ω(ZnS)=48.5%，設生成98%硫酸為x t，則： S～～～～～～～H2SO4

32 98

100 t×16% x t×98%

所以32：98=（100t×16%）：（x t×98%），解得x=50，

故答案為：48.5%；50.0；

（2）假定有2 mol ZnS，最少通入3 mol O2，根據方程式2ZnS(s)+3O2=2ZnO(s)+2SO2(g) 可知，生成的SO2的物質的量為2mol，未參加反應的N2的物質的量為3mol×4=12mol，此時SO2的體積分數為×100%=14.3%．實際通入的空氣要多，故SO2的體積分數不超過14.3%，

故答案為：14.3；

(3)由表可知，3min時反應達平衡，平衡時時CO的平衡濃度為0.01mol/L，所以CO的總轉化率為×100%=90.9%，令需焦炭質量為m g，實際利用的為95%m g，由方程式可得，關系式ZnO(s)～C(s)，所以n(ZnO)=n(C)，即=1，解得m=12.6；

故答案為：90.9%；12.6g；
（4）設焙燒爐中消耗空氣的物質的量為5x，鼓風爐中消耗空氣物質的量為5y，

則：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，則5x+5y=4mol+16.5mol=20.5mol，V(空氣)=20.5 mol×22.4 Lmol-1=459.2L；

答案：應向焙燒爐和鼓風爐中鼓入新鮮空氣共459.2 L。