Question

8．锌和锌的化合物用途广泛，可用于作防腐镀层、电池、白色颜料和防晒剂等，查阅资料可知：1mol H₂O（g）完全凝结为液态，放出44.0kJ热量

	Zn	ZnO	ZnS	CuS	BaSO4	H2S
熔点/℃	419.5	1975（同时分解）	-	-	-	-
沸点/℃	907	-	-	-	-	-
Ksp（常温）	-	-	2.5×10-21	6.4×10-35	1.1×10-10	K1=1.1×10-7 K2=1.3×10-13

（1）利用锌和太阳能分解水循坏制氢的示意图如下．“装置A”指虚线框中体系，太阳炉能聚焦太阳能而产生高温．

①下列有关叙述中不正确的是a
a．装置A只将太阳能转化为化学能
b．太阳炉中须首要解决的问题是产物的及时分离和冷却
c．该法与电解水制氢相比的优点：H₂与O₂分步产生，不须考虑隔离问题
②生产过程中不断向装置A中输入太阳光和水；装置A可向外输出的物质X、Y分别为氧气、氢气；整个生产过程中循环利用的物质为锌
③H₂的燃烧热为285.5KJ/mol，1molZnO完全分解生成液态锌和氧气时吸收350.5kJ热量，写出水解室中反应的热化学方程式（假设维持常压）Zn_（S）+H₂O_（g）=ZnO _（S）+H_2（g）△H=-109KJ/mol
（2）闪锌矿（ZnS）是锌的主要矿物之一，是提取锌的重要原料，纯净的ZnS可作白色颜料
①计算反应ZnS+Cu²⁺?Zn²⁺+CuS在常温下的平衡常数K=3.91×10¹³
②下列叙述不正确的是C
a．常温下，CuS不能溶于稀硫酸
b．常温下，ZnS与0.2mol/LCuSO₄溶液作用，固体由白变黑
c．常温下，向饱和CuSO₄溶液中通入H₂S，无明显现象
d．常温下，0.1molBaS（易溶）可使100mL1mol/ZnSO₄溶液的离子沉淀完全
③火法炼锌是在空气中煅烧ZnS首先得到ZnO，再用炭等热还原出锌，而湿法炼锌是先将ZnO转为为ZnSO₄，再以铝和石墨分别为两电极电解ZnSO₄溶液，金属锌便以99.95%的纯度沉积在铝电极上，电解时的阳极反应为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．

Answer 1

分析 （1）水解室中在427℃条件下，锌和水蒸气反应生成氧化锌和氢气，Y为氢气，氧化锌在太阳炉中在2027℃条件下分解生成锌和氧气，X为氧气，锌循环利用．
①a．装置A中有太阳能、化学能、热能相互转化形式；
b．氧气和锌易反应，太阳炉中须首要解决的问题是产物的及时分离和冷却；
c．该法水解室产生H₂，太阳炉产生O₂，分步产生，不须考虑隔离问题；
②利用锌和太阳能分解水循坏制氢，该反应的本质为利用太阳能分解水分解生成氢气、氧气，需补充消耗的物质，在反应中未消耗的物质为可循环的物质；
③燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量，根据H₂的燃烧热以及1molZnO完全分解生成液态锌和氧气时吸收350.5kJ热量，书写热化学方程式，结合盖斯定律进行解答；
（2）①根据硫化铜、硫化锌的K_sp计算；
②a．常温下，硫化铜不溶于水和硫酸；
b．常温下，ZnS为白色，CuS为黑色；
c．常温下，向饱和CuSO₄溶液中通入H₂S，生成黑色CuS；
d．常温下，0.1molBaS（易溶）与100mL1mol/ZnSO₄恰好完全反应；
③以铝和石墨分别为两电极电解ZnSO₄溶液，制取锌，阳极为石墨，阴极为铝，阳极OH^-发生氧化反应，阴极锌得电子生成锌单质．

解答 解：（1）①a．装置A水解室中在427℃条件下，锌和水蒸气反应生成氧化锌和氢气，为热能转化为化学能，氧化锌在太阳炉中在2027℃条件下分解生成锌和氧气，为太阳能转化为热能，故a错误；
b．锌为活泼金属，氧化锌在太阳炉中在2027℃条件下分解生成锌和氧气，太阳炉中须首要解决的问题是产物的及时分离和冷却，故b正确；
c．电解水同时得到氢气和氧气，该法水解室产生H₂，太阳炉产生O₂，相比该法的优点：H₂与O₂分步产生，不须考虑隔离问题，故c正确；
故答案为：a；
②水解室中在427℃条件下，锌和水蒸气反应生成氧化锌和氢气，Y为氢气，氧化锌在太阳炉中在2027℃条件下分解生成锌和氧气，X为氧气，需不断消耗太阳能和水，所以生产过程中不断向装置A中输入太阳光和水，整个生产过程中锌未消耗，可循环利用，
故答案为：水；氧气、氢气；锌；
③H₂的燃烧热为285.5KJ/mol，根据燃烧热可知热化学方程式为：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.5KJ/mol①，1molZnO完全分解生成液态锌和氧气时吸收350.5kJ热量，热化学方程式为：ZnO_（S）=Zn_（l）+$\frac{1}{2}$O_2（g）△H=+350.5kJ/mol②，1mol H₂O（g）完全凝结为液态，放出44.0kJ热量，H₂O（g）=H₂O（l），△H=-44.0kJ/mol③，
水解室中在427℃条件下，锌和水蒸气反应生成氧化锌和氢气，根据盖斯定律将，Zn_（S）+H₂O_（g）=ZnO _（S）+H_2（g）△H=-109KJ/mol，
故答案为：Zn_（S）+H₂O_（g）=ZnO _（S）+H_2（g）△H=-109KJ/mol；
（2）①ZnS+Cu²⁺?Zn²⁺+CuS在常温下的平衡常数K=$\frac{{K}_{SP}（ZnS）}{{K}_{SP}（CuS）}$=$\frac{2.5×1{0}^{-21}}{6.4×1{0}^{-35}}$≈3.91×10¹³，
故答案为：3.91×10¹³；
②a．常温下，反应CuSO₄+H₂S=CuS↓+H₂SO₄能进行，CuS不能溶于稀硫酸，故a正确；
b．根据硫化铜、硫化锌的K_sp可知，常温下，ZnS与0.2mol/LCuSO₄溶液作用，硫化锌转化为硫化铜，所以固体由白变黑，故b正确；
c．常温下，向饱和CuSO₄溶液中通入H₂S，发生反应CuSO₄+H₂S=CuS↓+H₂SO₄，有黑色CuS沉淀生成，故c错误；
d．常温下，0.1molBaS（易溶）与100mL1mol/ZnSO₄溶液，恰好发生：BaS+ZnSO₄=ZnS↓+BaSO₄↓，故d正确；
故答案为：c；
③以铝和石墨分别为两电极电解ZnSO₄溶液，制取锌，金属锌便以99.95%的纯度沉积在铝电极上，所以阳极为石墨，阴极为铝，阳极OH^-发生氧化反应，电极反应为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．

点评 本题考查利用锌和太阳能分解水循坏制氢，侧重考查学生综合应用知识的能力，掌握沉淀溶解平衡计算、电解池等知识是解答关键，题目难度中等．