Question

現(xiàn)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(zhuǎn)化為氧化鋅，再把氧化鋅和焦炭混合，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+2SO₂①
鼓風爐中：2C+O₂=2CO            ②
鼓風爐中：ZnO（s）+CO（g）?Zn（g）+CO₂（g） ③
（1）假設鼓風爐體積固定，鼓風爐內(nèi)部分氣態(tài)物質(zhì)物質(zhì)的量濃度（mol?L^-1）變化如下（在某溫度時其化學平衡常數(shù)K=1.0）．

時間/min	CO	Zn	CO2
0	0.11	0	0
2	0.1	0.01	0.01
3	c1	c2	c2
4	c1	c2	c2

上表中：c₁=

 

 mol?L^-1．若在其它條件不變時，在該溫度時在鼓風爐中增大CO的濃度，K值

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）；
（2）假設在某一反應條件下，使焙燒爐中反應①的ZnO幾乎完全被CO還原，鼓風爐中反應③CO的轉(zhuǎn)化率為80.5%，則焙燒爐和鼓風爐消耗的O₂的體積比

 

3：1（填“＞”、“＜”或“=”）．
（3）假設在某一反應條件下，焙燒爐出來的混合氣體中N₂占90%，鼓風爐中反應③CO的轉(zhuǎn)化率為62.5%，為了合理利用資源，防止過量空氣的鼓入對生產(chǎn)造成負面影響，請計算每生產(chǎn)1molZn，需要向焙燒爐和鼓風爐中鼓入新鮮空氣共多少升？（假設礦石中的ZnS全部轉(zhuǎn)化為Zn，反應中的O₂均來自于空氣，空氣中O₂與N₂的體積比以1：4計算）

 

．

Answer 1

考點：化學平衡的計算,金屬冶煉的一般原理

專題：計算題,元素及其化合物

分析：（1）由表中數(shù)據(jù)分析可知，反應進行至30min時，達到平衡狀態(tài)，c_l為CO的平衡濃度，設CO的轉(zhuǎn)化濃度為xmol/L，利用三段式表示出平衡時各組分的濃度，根據(jù)平衡常數(shù)列方程計算解答；平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)不變；
（2）假設CO總共為100mol，計算生成CO消耗的氧氣，根據(jù)CO轉(zhuǎn)化率計算參加反應的ZnO的物質(zhì)的量，結合方程式計算生成ZnO消耗的氧氣，據(jù)此解答；
（3）令生產(chǎn)1molZn鼓風爐中消耗空氣物質(zhì)的量為5y，則通入的氧氣為y、制得一氧化碳為2y，實際用于還原ZnO的CO物質(zhì)的量為2y×62.5%，由方程式可知，2y×62.5%=1mol；
令焙燒爐中消耗空氣的物質(zhì)的量為5x，根據(jù)Zn元素守恒，需ZnS1mol，根據(jù)差量法計算出從焙燒爐出來的氣體物質(zhì)的量變化量，利用混合氣體中N₂占90%列方程，兩處之和即為鼓入新鮮空氣．

解答： 解：（1）由表中數(shù)據(jù)分析可知，反應進行至30min時，達到平衡狀態(tài)，c_l為CO的平衡濃度，設CO的轉(zhuǎn)化濃度為x mol/L，則：
            ZnO（s）+CO（g）?Zn（g）+CO₂（g）
開始（mol/L）：0.11      0       0
變化（mol/L）：x         x       x
平衡（mol/L）：0.11-x    x       x
所以，

x×x

0.11-x

=1，解得x=0.1，
則c₁=0.11mol/L-0.1mol/L=0.01mol/L，
平衡常數(shù)只受溫度影響，溫度不變，平衡常數(shù)K值不變，
故答案為：0.01；不變；
（2）假設CO總共為100mol，鼓風爐中消耗的氧氣為50mol，風爐中反應③CO的轉(zhuǎn)化率為80.5%，則參加反應CO為80.5mol，故參加反應的ZnO為80.5mol，由2ZnS+3O₂=2ZnO+2SO₂，可知焙燒爐中消耗氧氣為80.5mol×

3

2

=120.75mol，則焙燒爐和鼓風爐消耗的O₂的體積比大于120.75mol：50mol=2.405：1＜3：1，
故答案為：小于；
（3）設焙燒爐中消耗空氣的物質(zhì)的量為5x，鼓風爐中消耗空氣物質(zhì)的量為5y，則：
2C+O₂=2CO    ZnO（s）+CO（g）?Zn（g）+CO₂（g）
   y  2y     1mol   2y×62.5%  1mol
2y×62.5%=1mol，解得y=0.8mol，故5y=4mol
2ZnS+3O₂=2ZnO+2SO₂  氣體減少△n
2mol                   1mol
1mol                   0.5mol
所以，

4x

5x-0.5mol

=90%，解得 x=0.9mol，故5x=4.5mol，
所以，5x+5y=4mol+4.5mol=8.5mol，
故V（空氣）=8.5×22.4L?mol^-1=190.4L，
故答案為：190.4L．

點評：本題以金屬冶煉為載體，考查有關化學平衡的計算，題目綜合性大，（3）中計算關鍵要理清思路，充分利用方程式，難度較大，為易錯題目．