Question

【題目】鋅是一種常用金屬，鎵（Ga）的化合物氮化鎵（GaN）是制造LED的重要材料，被譽(yù)為第三代半導(dǎo)體材料。

I．鎵（Ga）是火法冶煉鋅過程中的副產(chǎn)品，鎵與鋁同主族且相鄰，化學(xué)性質(zhì)與鋁相似。

（1）Ga的原子結(jié)構(gòu)示意圖為___________________；

（2） GaN可由Ga和NH3在高溫條件下制取，該反應(yīng)的化學(xué)方程式_______________。

（3）下列有關(guān)鎵和鎵的化合物的說法正確的是____________

A．常溫下，Ga可與水劇烈反應(yīng)放出氫氣

B．一定條件下，Ga可溶于鹽酸和氫氧化鈉

C．一定條件下，Ga2O3可與NaOH反應(yīng)生成鹽

D．Ga2O3可由Ga(OH)3受熱分解得到

II．鋅的冶煉方法有火法和濕法。工業(yè)上利用鋅焙砂（主要含Zn0、ZnFe2O4，還含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物）濕法制取金屬鋅的流程如圖所示：

已知：Fe的活潑性強(qiáng)于Ni

（4）ZnFe2O4可以寫成ZnO·Fe2O3，ZnFe2O4與H2SO4反應(yīng)的化學(xué)方程式為____ _。

（5）凈化I操作分為兩步：第一步是將溶液中少量的Fe2+氧化；第二步是控制溶液pH，只使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀。凈化I生成的沉淀中還含有溶液中的懸浮雜質(zhì)，溶液中的懸浮雜質(zhì)被共同沉淀的原因是________________________。

（6）凈化II中加入Zn的目的是_______________________。

（7）常溫下，凈化I中，如果要使c(Fe3+) < 10-5 mol/L，則應(yīng)控制溶液pH的范圍為_____________。已知：Ksp[Fe(OH)3]=8.0×10-38；lg5=0.7

Answer 1

【答案】Ⅰ.（1）（1分）

（2）2Ga+2NH32GaN+3H2（3）BCD

Ⅱ.（4）ZnFe2O4+4H2SO4＝ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O

（5）Fe(OH)3膠粒具有吸附性,（2分）

（6）使Cu2+、Ni2+轉(zhuǎn)化為Cu、Ni而除去（2分）；（7）pH>3.3（2分）

【解析】

試題分析：Ⅰ（1）鎵的質(zhì)子數(shù)為31，所以原子結(jié)構(gòu)示意圖為；

（2）根據(jù)元素守恒和氧化還原反應(yīng)原理，GaN可由Ga和NH3在高溫條件下合成，所以反應(yīng)物為Ga和NH3，生成物為GaN 和H2，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Ga + 2NH32GaN + 3H2。

（3）A、常溫下，鋁不能與水反應(yīng)，鎵的化學(xué)性質(zhì)與鋁相似，所以Ga不能與水劇烈反應(yīng)放出氫氣，A錯(cuò)誤；B、根據(jù)題目信息，鎵的化學(xué)性質(zhì)與鋁相似，所以一定條件下，Ga可溶于鹽酸和氫氧化鈉，B正確；C、與Al2O3的性質(zhì)相似，一定條件下，Ga2O3可與NaOH反應(yīng)生成鹽，C正確；D、Al(OH)3受熱分解生成Al2O3和H2O，所以Ga2O3可由Ga(OH)3受熱分解得到，D正確。答案選BCD；

Ⅱ（4）ZnFe2O4可以寫成ZnO·Fe2O3，與H2SO4反應(yīng)生成ZnSO4、Fe2(SO4)3和H2O，所以化學(xué)方程式為：ZnFe2O4 + 4H2SO4＝ZnSO4 + Fe2(SO4)3 +4H2O。

（5）Fe(OH)3膠粒比表面積大，具有吸附性，可使溶液中的懸浮雜質(zhì)被共同沉淀。

（6）凈化I后的溶液含有Cu2+、Ni2+，Zn的活潑性大于Cu和Ni，所以加入Zn后能使Cu2+、Ni2+轉(zhuǎn)化為Cu、Ni而除去。

（7）根據(jù)Ksp[Fe(OH)3]，c(Fe3+)＝10-5 molL1時(shí)，c3（OH）＝Ksp[Fe(OH)3]/c(Fe3+)，帶入數(shù)據(jù)解得c（OH）＝2.0×10-11mol/L；pH為3.3，所以要使c(Fe3+)＜10-5 mol/L，則應(yīng)控制溶液pH的范圍為pH＞3.3。