Question

6．湿法炼锌的冶炼过程可用如图1简略表示：

请回答下列问题：
（1）NH₃的空间构型是三角锥形．
（2）写出高温焙烧ZnS的化学方程式2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂．
（3）已知ZnO属于两性氧化物，写出ZnO与NaOH溶液反应的化学方程式：2NaOH+ZnO=Na₂ZnO₂+H₂O．
（4）SO₂可用Ba（NO₃）₂溶液吸收，部分产物可作为工业原料，其反应的离子方程式为3SO₂+2H₂O+2NO₃^-+3Ba²⁺=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺．
（5）图1焙烧过程中也会产生含SO₂、NOx的烟气，烟气经O₃预处理后可用CaSO₃悬浮液吸收，当用CaSO₃溶液吸收烟气时，CaSO₃溶液（pH约为8）中SO₃^2-可将NO₂转化为NO₂^-，其离子方程式为：SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O．
（6）上述电解过程中析出锌的电极反应式为[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-=Zn+4NH₃↑．
（7）氨是最重要的化工产品之一．合成氨用的氢气可以甲烷为原料制得：
CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）．有关化学反应的能量变化如图2所示，则CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO（g）和H₂（g）的热化学方程式为CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+161.1kJ•mol^-1．
（8）某温度下，向容积为100L的密闭容器中通入4mol NH₃和2molCO₂，发生2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）反应，该反应进行到40s时达到平衡，此时CO₂的转化率为50%．该温度下此反应平衡常数K的值为2500．

Answer 1

分析 （1）根据价层电子对互斥理论确定分子空间构型；
（2）焙烧中硫化锌与氧气在高温下反应生成氧化锌和二氧化硫；
（3）ZnO属于两性氧化物，ZnO与NaOH溶液反应生成Na₂ZnO₂；
（4）SO₂可用Ba（NO₃）₂溶液吸收，发生氧化还原反应生成一氧化氮和硫酸钡；
（5）二氧化氮具有强的氧化性性与二氧化硫在碱性环境下反应生成硫酸根离子和亚硝酸根离子和水；
（6）电解过程中析出锌的电极上[Zn（NH₃）₄]²⁺ 得电子发生还原反应；
（7）由图2可知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846.3KJ/mol  ①
                   CO₂（g）=CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=+282KJ/mol  ②
                    H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol ③
依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；
（8）依据化学方程式和平衡常数概念写出表达式，注意尿素是固体；根据化学平衡三段式列式计算平衡浓度，计算平衡常数．

解答 解：（1）NH₃分子中氮原子含有3个共价键和一个孤电子对，所以空间构型是三角锥型，
故答案为：三角锥型；
（2）由题中信息可知，锌精矿（主要成分是ZnS）通过浮选焙烧使它转化为氧化锌，反应的化学方程式为：2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂；
故答案为：2ZnS+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂；
（3）ZnO属于两性氧化物，ZnO与NaOH溶液反应生成Na₂ZnO₂，反应的化学方程式：2NaOH+ZnO=Na₂ZnO₂+H₂O；
故答案为：2NaOH+ZnO=Na₂ZnO₂+H₂O；
（4）SO₂可用Ba（NO₃）₂溶液吸收，发生氧化还原反应生成一氧化氮和硫酸钡，反应的离子方程式为3SO₂+2H₂O+2NO₃^-+3Ba²⁺=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺，
故答案为：3SO₂+2H₂O+2NO₃^-+3Ba²⁺=3BaSO₄↓+2NO↑+4H⁺；
（5）二氧化氮具有强的氧化性性与二氧化硫在碱性环境下反应生成硫酸根离子和亚硝酸根离子和水，离子方程式：SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O；
故答案为：SO₃^2-+2NO₂+2OH^-=SO₄^2-+2NO₂^-+H₂O；
（6）电解过程中析出锌的电极上[Zn（NH₃）₄]²⁺ 得电子发生还原反应，电极反应式为[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-=Zn+4NH₃↑，
故答案为：[Zn（NH₃）₄]²⁺+2e^-=Zn+4NH₃↑；
（7）由图2可知：CH₄（g）+2O₂（g）=CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-846.3KJ/mol  ①
                   CO₂（g）=CO（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）△H=+282KJ/mol  ②
                    H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=H₂O（g）△H=-241.8KJ/mol ③
将①+②-③×3可得：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=（-846.3KJ/mol）+（+282KJ/mol  ）-（-241.8KJ/mol ）×3=+161.1 kJ•mol^-1，所以CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CO（g）和H₂（g）的热化学方程式为CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+161.1 kJ•mol^-1，
故答案为：CH₄（g）+H₂O（g）=CO（g）+3H₂（g）△H=+161.1 kJ•mol^-1；
（8）2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）．依据化学方程式和平衡常数概念写出平衡常数K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{2}（N{H}_{3}）}$，向容积为100L的密闭容器中通入4mol NH₃和2molCO₂，该反应进行到40s时达到平衡，反应达到平衡时CO₂的转化率为50%，消耗二氧化碳浓度0.02mol/L×50%=0.01mol/mol；
                 2NH₃（g）+CO₂（g）?CO（NH₂）₂（l）+H₂O（g）
起始量（mol/L）  0.04        0.02         0            0
变化量（mol/L）  0.02         0.01        0           0.01
平衡量（mol/L）   0.02       0.01         0           0.01
K=$\frac{c（{H}_{2}O）}{c（C{O}_{2}）{c}^{2}（N{H}_{3}）}$=$\frac{0.01}{0.02{\;}^{2}×0.01}$=2500，
故答案为：2500．

点评 本题为综合题，考查了热化学方程式、方程式、离子方程式的书写，化学平衡常数的计算，电解池电极反应式的书写，明确盖斯定律计算反应热的方法、化学平衡常数表达式、电解池工作原理是解题关键，题目难度中等．