Question

10．鋅及其化合物用途廣泛．火法煉鋅以閃鋅礦（主要成分是ZnS）為主要原料，涉及的主要反應有：
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）反應ZnS（s）+C（s）+2O₂（g）═Zn（g）+CO₂（g）+SO₂（g）的△H₄=-377.5kJ•mol^-1．
反應中生成的CO₂與NH₃混合，在一定條件下反應合成尿素：
2NH₃（g）+CO₂（g）$\stackrel{一定條件}{?}$CO（NH₂）₂（s）+H₂O（g）△H
該反應在一定條件下能自發(fā)進行的原因是△H＜0；若該反應在一恒溫、恒容密閉容器內進行，判斷反應達到平衡狀態(tài)的標志是bd．
a．CO₂與H₂O（g）濃度相等           b．容器中氣體的壓強不再改變
c．2v（NH₃）_正=v（H₂O）_逆              d．容器中混合氣體的密度不再改變
（2）硫酸鋅可廣泛用作印染媒染劑和木材防腐劑．ZnSO₄受熱分解過程中各物質物質的量隨溫度變化關系如圖1所示．
①寫出700℃～980℃時發(fā)生反應的化學方程式：2ZnSO₄$\frac{\underline{\;700℃-980℃\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂↑+O₂↑，物質B的化學式是SO₂．
②硫酸鋅分解生成的SO₂經下圖2中的兩個循環(huán)可分別得到S和H₂SO₄．寫出循環(huán)I中反應2的化學方程式：4ZnFeO₃.5+SO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4ZnFeO₄+S；循環(huán)II中電解過程陽極反應式是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
將方程式$\frac{①+②}{2}$+③得ZnS（s）+C（s）+2O₂（g）═Zn（g）+CO₂（g）+SO₂（g），焓變進行相應的改變；
當△G=△H-T△S＜0時該反應一定能自發(fā)進行，該反應前后△S＜0；
反應前后改變的物理量不變時，可逆反應達到平衡狀態(tài)；
（2）①700℃～980℃時發(fā)生反應時，根據(jù)圖知，生成ZnO、氧氣和B，根據(jù)元素守恒知，B中含有S元素，因為生成氧氣失電子，則S元素應該得電子發(fā)生還原反應，所以B應該是SO₂，根據(jù)反應物和生成物及反應條件書寫方程式；
②ZnFeO_3.5和SO₂在加熱條件下生成ZnFeO₄、S，電解硫酸錳時，生成二氧化錳和硫酸，陽極上失電子發(fā)生氧化反應．

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
將方程式$\frac{①+②}{2}$+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；
當△G=△H-T△S＜0時該反應一定能自發(fā)進行，該反應前后△S＜0，則焓變應該小于0；
a．CO₂與H₂O（g）濃度相等，正逆反應速率不一定相等，所以不一定達到平衡狀態(tài)，故錯誤；           
b．該反應前后氣體物質的量減少，當容器中氣體的壓強不再改變時正逆反應速率相等，反應達到平衡狀態(tài)，故正確；
c．當v（NH₃）_正=2v（H₂O）_逆時該反應達到平衡狀態(tài)，所以當2v（NH₃）_正=v（H₂O）_逆時該反應沒有達到平衡狀態(tài)，故錯誤；          
d．反應前后問題密度改變，所以當容器中混合氣體的密度不再改變時該反應達到平衡狀態(tài)，故正確；
故答案為：-377.5；△H＜0；bd；
（2）①700℃～980℃時發(fā)生反應時，根據(jù)圖知，生成ZnO、氧氣和B，根據(jù)元素守恒知，B中含有S元素，因為生成氧氣失電子，則S元素應該得電子發(fā)生還原反應，所以B應該是SO₂，根據(jù)反應物和生成物及反應條件書寫方程式為2ZnSO₄$\frac{\underline{\;700℃-980℃\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂↑+O₂↑，故答案為：2ZnSO₄$\frac{\underline{\;700℃-980℃\;}}{\;}$2ZnO+2SO₂↑+O₂↑；SO₂；
②ZnFeO_3.5和SO₂在加熱條件下生成ZnFeO₄、S，反應方程式為4ZnFeO₃.5+SO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4ZnFeO₄+S；
電解硫酸錳時，生成二氧化錳和硫酸，陽極上失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，
故答案為：4ZnFeO₃.5+SO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4ZnFeO₄+S；Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．

點評 本題考查電解原理、化學平衡狀態(tài)判斷、蓋斯定律等知識點，側重考查學生分析判斷及計算能力，為高頻考點，只有反應前后改變的物理量才能作為平衡狀態(tài)判斷依據(jù)，難點是電極反應式的書寫，題目難度不大．