Question

10．锌及其化合物用途广泛．火法炼锌以闪锌矿（主要成分是ZnS）为主要原料，涉及的主要反应有：
2ZnS（s）+3O₂（g）═2ZnO（s）+2SO₂（g）△H₁=-930kJ•mol^-1
2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H₂=-221kJ•mol^-1
ZnO（s）+CO（g）═Zn（g）+CO₂（g）△H₃=198kJ•mol^-1
（1）反应ZnS（s）+C（s）+2O₂（g）═Zn（g）+CO₂（g）+SO₂（g）的△H₄=-377.5kJ•mol^-1．
反应中生成的CO₂与NH₃混合，在一定条件下反应合成尿素：
2NH₃（g）+CO₂（g）$\stackrel{一定条件}{?}$CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H
该反应在一定条件下能自发进行的原因是△H＜0；若该反应在一恒温、恒容密闭容器内进行，判断反应达到平衡状态的标志是bd．
a．CO₂与H₂O（g）浓度相等           b．容器中气体的压强不再改变
c．2v（NH₃）_正=v（H₂O）_逆              d．容器中混合气体的密度不再改变
（2）硫酸锌可广泛用作印染媒染剂和木材防腐剂．ZnSO₄受热分解过程中各物质物质的量随温度变化关系如图1所示．
①写出700℃～980℃时发生反应的化学方程式：2ZnSO₄$\frac{\underline{\;700℃-980℃\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂↑+O₂↑，物质B的化学式是SO₂．
②硫酸锌分解生成的SO₂经下图2中的两个循环可分别得到S和H₂SO₄．写出循环I中反应2的化学方程式：4ZnFeO₃.5+SO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4ZnFeO₄+S；循环II中电解过程阳极反应式是Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．

Answer 1

分析 （1）①2ZnS（s）+3O₂（g）═2ZnO（s）+2SO₂（g）△H₁=-930kJ•mol^-1
②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H₂=-221kJ•mol^-1
③ZnO（s）+CO（g）═Zn（g）+CO₂（g）△H₃=198kJ•mol^-1
将方程式$\frac{①+②}{2}$+③得ZnS（s）+C（s）+2O₂（g）═Zn（g）+CO₂（g）+SO₂（g），焓变进行相应的改变；
当△G=△H-T△S＜0时该反应一定能自发进行，该反应前后△S＜0；
反应前后改变的物理量不变时，可逆反应达到平衡状态；
（2）①700℃～980℃时发生反应时，根据图知，生成ZnO、氧气和B，根据元素守恒知，B中含有S元素，因为生成氧气失电子，则S元素应该得电子发生还原反应，所以B应该是SO₂，根据反应物和生成物及反应条件书写方程式；
②ZnFeO_3.5和SO₂在加热条件下生成ZnFeO₄、S，电解硫酸锰时，生成二氧化锰和硫酸，阳极上失电子发生氧化反应．

解答 解：（1）①2ZnS（s）+3O₂（g）═2ZnO（s）+2SO₂（g）△H₁=-930kJ•mol^-1
②2C（s）+O₂（g）═2CO（g）△H₂=-221kJ•mol^-1
③ZnO（s）+CO（g）═Zn（g）+CO₂（g）△H₃=198kJ•mol^-1
将方程式$\frac{①+②}{2}$+③得ZnS（s）+C（s）+2O₂（g）═Zn（g）+CO₂（g）+SO₂（g），△H₄=$\frac{（-930-221）kJ/mol}{2}$+198kJ/mol=-377.5kJ/mol；
当△G=△H-T△S＜0时该反应一定能自发进行，该反应前后△S＜0，则焓变应该小于0；
a．CO₂与H₂O（g）浓度相等，正逆反应速率不一定相等，所以不一定达到平衡状态，故错误；           
b．该反应前后气体物质的量减少，当容器中气体的压强不再改变时正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故正确；
c．当v（NH₃）_正=2v（H₂O）_逆时该反应达到平衡状态，所以当2v（NH₃）_正=v（H₂O）_逆时该反应没有达到平衡状态，故错误；          
d．反应前后问题密度改变，所以当容器中混合气体的密度不再改变时该反应达到平衡状态，故正确；
故答案为：-377.5；△H＜0；bd；
（2）①700℃～980℃时发生反应时，根据图知，生成ZnO、氧气和B，根据元素守恒知，B中含有S元素，因为生成氧气失电子，则S元素应该得电子发生还原反应，所以B应该是SO₂，根据反应物和生成物及反应条件书写方程式为2ZnSO₄$\frac{\underline{\;700℃-980℃\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂↑+O₂↑，故答案为：2ZnSO₄$\frac{\underline{\;700℃-980℃\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂↑+O₂↑；SO₂；
②ZnFeO_3.5和SO₂在加热条件下生成ZnFeO₄、S，反应方程式为4ZnFeO₃.5+SO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4ZnFeO₄+S；
电解硫酸锰时，生成二氧化锰和硫酸，阳极上失电子发生氧化反应，电极反应式为Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，
故答案为：4ZnFeO₃.5+SO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4ZnFeO₄+S；Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．

点评 本题考查电解原理、化学平衡状态判断、盖斯定律等知识点，侧重考查学生分析判断及计算能力，为高频考点，只有反应前后改变的物理量才能作为平衡状态判断依据，难点是电极反应式的书写，题目难度不大．