Question

【題目】鎵是制作高性能半導(dǎo)體的重要原料。工業(yè)上常從鋅礦冶煉的廢渣中回收鎵。已知某鋅礦渣主要含Zn、Si、Pb、Fe、Ga的氧化物，利用該礦渣制鎵的工藝流程如下：

已知：①鎵在元素周期表中位于第四周期第ⅢA，化學(xué)性質(zhì)與鋁相似。

②lg2=0.3，lg3=0.48。

③部分物質(zhì)的Ksp如F表所示

物質(zhì)
Ksp

（1）濾渣1的主要成分是_________（寫(xiě)化學(xué)式）。

（2）加入H2O2的目的是(用離子方程式表示)___________。

（3）調(diào)pH的目的是______；室溫條件下，若浸出液中各陽(yáng)離子的濃度均為0.01 mol/L，當(dāng)溶液中某種離子濃度小于mol/L時(shí)即認(rèn)為該離子已完全除去，則pH應(yīng)調(diào)節(jié)的范圍為_______。

（4）操作D包括：__________過(guò)濾、洗滌、干燥。

（5）制備、精煉金屬Ga。

①電解法制備金屬鎵。用惰性電極電解溶液即可制得金屬鎵，寫(xiě)出陰極電極反應(yīng)式_________。

②電解法精煉金屬鎵（粗鎵含Zn、Fe、Cu等雜質(zhì)，已知氧化性:

下列有關(guān)電解精煉金屬鎵的說(shuō)法正確的是_______（填字母序號(hào)）。

A .電解精煉鎵時(shí)粗鎵與電源的正極相連

B. 電解精煉過(guò)程中，陽(yáng)極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加相等

C. 電解后，Cu和Fe沉積在電解槽底部形成陽(yáng)極泥

D. 若用甲烷燃料電池電解精煉金屬鎵，當(dāng)陰極有56.0 g鎵析出時(shí)，電池負(fù)極最多消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下的6.72 L

Answer 1

【答案】 使、沉淀完全面不沉淀 5.48<pH<6.6 蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶 AC

【解析】

Ga的性質(zhì)與Al相似，鋅礦渣中加入H2SO4，充分反應(yīng)，其中Zn、Fe、Ga轉(zhuǎn)化為可溶于水的ZnSO4、FeSO4、Ga2（SO4）3，Pb轉(zhuǎn)化成難溶于水的PbSO4，SiO2與H2SO4不反應(yīng)，經(jīng)過(guò)濾得到的濾渣1中成分為PbSO4、SiO2； 向浸出液中加入H2O2，H2O2將Fe2+氧化成Fe3+，然后調(diào)節(jié)溶液的pH使Fe3+、Ga3+轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀與Zn2+分離；濾渣2的成分為Fe（OH）3和Ga（OH）3，根據(jù)圖示應(yīng)向?yàn)V渣2中加入NaOH使Ga（OH）3溶解轉(zhuǎn)化為NaGaO2。據(jù)此解答。

（1）根據(jù)上述分析，濾渣1的成分為SiO2、PbSO4；

（2）Fe2+具有還原性，H2O2將Fe2+氧化成Fe3+，反應(yīng)的方程式是：2Fe2++H2O2+2H+＝2Fe3++2H2O；

（3）根據(jù)流程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系可知調(diào)pH的目的是將Fe3+、Ga3+轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，Zn2+不能形成Zn（OH）2，從而與Zn2+分離；Fe（OH）3和Ga（OH）3屬于同種類型，>Ksp[]，Ga3+完全沉淀時(shí)Fe3+已經(jīng)完全沉淀，濃度小于mol/L，c(OH-)===mol/L，c(H+)=mol/L，pH=-lg=5.48，Zn2+開(kāi)始沉淀時(shí)c(OH-) ===mol/L，c(H+)=mol/L，pH=-lg=6.6，則pH應(yīng)調(diào)節(jié)的范圍為5.48<pH<6.6

（4）操作D包括：蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥等；

（5）①電解NaGaO2溶液生產(chǎn)Ga，Ga元素的化合價(jià)由+3價(jià)降為0價(jià)，GaO2-轉(zhuǎn)化為Ga為還原反應(yīng)，電解時(shí)還原反應(yīng)在陰極發(fā)生，陰極的電極反應(yīng)式為：；

②電解精煉鎵時(shí)粗鎵與電源的正極相連，離子氧化性順序?yàn)椋?/span>Zn2+<Ga2+<Fe2+<Cu2+，則金屬還原性順序?yàn)?/span>Zn>Ga>Fe>Cu，則陽(yáng)極上Zn、Ga失電子進(jìn)入電解質(zhì)溶液，Fe、Cu以金屬單質(zhì)進(jìn)入電解質(zhì)溶液，則陽(yáng)極泥成分是Fe、Cu，陰極上GaO2-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Ga，電極反應(yīng)式為；甲烷燃料電池負(fù)極電極反應(yīng)：CH4＋10OH－－8e－＝CO32－＋7H2O，所以

8Ga ~ 3CH4

8×70g 3×22.4L

56g 6.72L

但是電解精煉鎵時(shí)能量的利用率達(dá)不到100%，實(shí)際耗電所消耗標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的大于6.72L。故說(shuō)法正確的是AC。