Question

8．鋅和鋅的化合物用途廣泛，可用于作防腐鍍層、電池、白色顏料和防曬劑等，查閱資料可知：1mol H₂O（g）完全凝結(jié)為液態(tài)，放出44.0kJ熱量

	Zn	ZnO	ZnS	CuS	BaSO4	H2S
熔點(diǎn)/℃	419.5	1975（同時(shí)分解）	-	-	-	-
沸點(diǎn)/℃	907	-	-	-	-	-
Ksp（常溫）	-	-	2.5×10-21	6.4×10-35	1.1×10-10	K1=1.1×10-7 K2=1.3×10-13

（1）利用鋅和太陽能分解水循壞制氫的示意圖如下．“裝置A”指虛線框中體系，太陽爐能聚焦太陽能而產(chǎn)生高溫．

①下列有關(guān)敘述中不正確的是a
a．裝置A只將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
b．太陽爐中須首要解決的問題是產(chǎn)物的及時(shí)分離和冷卻
c．該法與電解水制氫相比的優(yōu)點(diǎn)：H₂與O₂分步產(chǎn)生，不須考慮隔離問題
②生產(chǎn)過程中不斷向裝置A中輸入太陽光和水；裝置A可向外輸出的物質(zhì)X、Y分別為氧氣、氫氣；整個(gè)生產(chǎn)過程中循環(huán)利用的物質(zhì)為鋅
③H₂的燃燒熱為285.5KJ/mol，1molZnO完全分解生成液態(tài)鋅和氧氣時(shí)吸收350.5kJ熱量，寫出水解室中反應(yīng)的熱化學(xué)方程式（假設(shè)維持常壓）Zn_（S）+H₂O_（g）=ZnO _（S）+H_2（g）△H=-109KJ/mol
（2）閃鋅礦（ZnS）是鋅的主要礦物之一，是提取鋅的重要原料，純凈的ZnS可作白色顏料
①計(jì)算反應(yīng)ZnS+Cu²⁺?Zn²⁺+CuS在常溫下的平衡常數(shù)K=3.91×10¹³
②下列敘述不正確的是C
a．常溫下，CuS不能溶于稀硫酸
b．常溫下，ZnS與0.2mol/LCuSO₄溶液作用，固體由白變黑
c．常溫下，向飽和CuSO₄溶液中通入H₂S，無明顯現(xiàn)象
d．常溫下，0.1molBaS（易溶）可使100mL1mol/ZnSO₄溶液的離子沉淀完全
③火法煉鋅是在空氣中煅燒ZnS首先得到ZnO，再用炭等熱還原出鋅，而濕法煉鋅是先將ZnO轉(zhuǎn)為為ZnSO₄，再以鋁和石墨分別為兩電極電解ZnSO₄溶液，金屬鋅便以99.95%的純度沉積在鋁電極上，電解時(shí)的陽極反應(yīng)為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．

Answer 1

分析 （1）水解室中在427℃條件下，鋅和水蒸氣反應(yīng)生成氧化鋅和氫氣，Y為氫氣，氧化鋅在太陽爐中在2027℃條件下分解生成鋅和氧氣，X為氧氣，鋅循環(huán)利用．
①a．裝置A中有太陽能、化學(xué)能、熱能相互轉(zhuǎn)化形式；
b．氧氣和鋅易反應(yīng)，太陽爐中須首要解決的問題是產(chǎn)物的及時(shí)分離和冷卻；
c．該法水解室產(chǎn)生H₂，太陽爐產(chǎn)生O₂，分步產(chǎn)生，不須考慮隔離問題；
②利用鋅和太陽能分解水循壞制氫，該反應(yīng)的本質(zhì)為利用太陽能分解水分解生成氫氣、氧氣，需補(bǔ)充消耗的物質(zhì)，在反應(yīng)中未消耗的物質(zhì)為可循環(huán)的物質(zhì)；
③燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定氧化物放出的熱量，根據(jù)H₂的燃燒熱以及1molZnO完全分解生成液態(tài)鋅和氧氣時(shí)吸收350.5kJ熱量，書寫熱化學(xué)方程式，結(jié)合蓋斯定律進(jìn)行解答；
（2）①根據(jù)硫化銅、硫化鋅的K_sp計(jì)算；
②a．常溫下，硫化銅不溶于水和硫酸；
b．常溫下，ZnS為白色，CuS為黑色；
c．常溫下，向飽和CuSO₄溶液中通入H₂S，生成黑色CuS；
d．常溫下，0.1molBaS（易溶）與100mL1mol/ZnSO₄恰好完全反應(yīng)；
③以鋁和石墨分別為兩電極電解ZnSO₄溶液，制取鋅，陽極為石墨，陰極為鋁，陽極OH^-發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極鋅得電子生成鋅單質(zhì)．

解答 解：（1）①a．裝置A水解室中在427℃條件下，鋅和水蒸氣反應(yīng)生成氧化鋅和氫氣，為熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，氧化鋅在太陽爐中在2027℃條件下分解生成鋅和氧氣，為太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，故a錯(cuò)誤；
b．鋅為活潑金屬，氧化鋅在太陽爐中在2027℃條件下分解生成鋅和氧氣，太陽爐中須首要解決的問題是產(chǎn)物的及時(shí)分離和冷卻，故b正確；
c．電解水同時(shí)得到氫氣和氧氣，該法水解室產(chǎn)生H₂，太陽爐產(chǎn)生O₂，相比該法的優(yōu)點(diǎn)：H₂與O₂分步產(chǎn)生，不須考慮隔離問題，故c正確；
故答案為：a；
②水解室中在427℃條件下，鋅和水蒸氣反應(yīng)生成氧化鋅和氫氣，Y為氫氣，氧化鋅在太陽爐中在2027℃條件下分解生成鋅和氧氣，X為氧氣，需不斷消耗太陽能和水，所以生產(chǎn)過程中不斷向裝置A中輸入太陽光和水，整個(gè)生產(chǎn)過程中鋅未消耗，可循環(huán)利用，
故答案為：水；氧氣、氫氣；鋅；
③H₂的燃燒熱為285.5KJ/mol，根據(jù)燃燒熱可知熱化學(xué)方程式為：H₂（g）+$\frac{1}{2}$O₂（g）═H₂O（l）△H=-285.5KJ/mol①，1molZnO完全分解生成液態(tài)鋅和氧氣時(shí)吸收350.5kJ熱量，熱化學(xué)方程式為：ZnO_（S）=Zn_（l）+$\frac{1}{2}$O_2（g）△H=+350.5kJ/mol②，1mol H₂O（g）完全凝結(jié)為液態(tài)，放出44.0kJ熱量，H₂O（g）=H₂O（l），△H=-44.0kJ/mol③，
水解室中在427℃條件下，鋅和水蒸氣反應(yīng)生成氧化鋅和氫氣，根據(jù)蓋斯定律將，Zn_（S）+H₂O_（g）=ZnO _（S）+H_2（g）△H=-109KJ/mol，
故答案為：Zn_（S）+H₂O_（g）=ZnO _（S）+H_2（g）△H=-109KJ/mol；
（2）①ZnS+Cu²⁺?Zn²⁺+CuS在常溫下的平衡常數(shù)K=$\frac{{K}_{SP}（ZnS）}{{K}_{SP}（CuS）}$=$\frac{2.5×1{0}^{-21}}{6.4×1{0}^{-35}}$≈3.91×10¹³，
故答案為：3.91×10¹³；
②a．常溫下，反應(yīng)CuSO₄+H₂S=CuS↓+H₂SO₄能進(jìn)行，CuS不能溶于稀硫酸，故a正確；
b．根據(jù)硫化銅、硫化鋅的K_sp可知，常溫下，ZnS與0.2mol/LCuSO₄溶液作用，硫化鋅轉(zhuǎn)化為硫化銅，所以固體由白變黑，故b正確；
c．常溫下，向飽和CuSO₄溶液中通入H₂S，發(fā)生反應(yīng)CuSO₄+H₂S=CuS↓+H₂SO₄，有黑色CuS沉淀生成，故c錯(cuò)誤；
d．常溫下，0.1molBaS（易溶）與100mL1mol/ZnSO₄溶液，恰好發(fā)生：BaS+ZnSO₄=ZnS↓+BaSO₄↓，故d正確；
故答案為：c；
③以鋁和石墨分別為兩電極電解ZnSO₄溶液，制取鋅，金屬鋅便以99.95%的純度沉積在鋁電極上，所以陽極為石墨，陰極為鋁，陽極OH^-發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
故答案為：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．

點(diǎn)評(píng) 本題考查利用鋅和太陽能分解水循壞制氫，側(cè)重考查學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，掌握沉淀溶解平衡計(jì)算、電解池等知識(shí)是解答關(guān)鍵，題目難度中等．