Question

【題目】鎵是制作高性能半導(dǎo)體的重要原料。在工業(yè)上經(jīng)常從鋅礦冶煉的廢渣中回收鎵。已知鋅礦渣中含有Zn、Fe、Pb、Ga以及二氧化硅等，目前綜合利用鋅礦渣的流程如下：

已知：①Ga性質(zhì)與鋁相似。

②lg2=0.3，lg3=0.48。

③如下表所示。

	Zn(OH)2	Ga(OH)3	Fe(OH)2	Fe(OH)3
Ksp	1.6×10-17	2.7×10-31	8×10-16	2.8×10-39

（1）寫出Ga的原子結(jié)構(gòu)示意圖______________________________。

（2）濾渣1的成分為________________________。

（3）加入H2O2的目的( 用離子方程式和適當(dāng)語言回答) ____________________________________。

（4）室溫條件下，若浸出液中各種陽離子的濃度均為0.01mo/L且某種離子濃度小于1×10-5 mol/L即認(rèn)為該離子已完全除去，問操作B調(diào)節(jié)pH的范圍是________________________。

（5）操作C中，需要加入氫氧化鈉溶液，其目的是_____________________ (用離子方程式解釋)；能否用氨水代替NaOH溶液，為什么? ________________________；如何檢測Fe(OH)3洗滌干凈? ________________________。

（6）在工業(yè)上，經(jīng)常用電解NaGaO2溶液的方法生產(chǎn)Ga，寫出陰極的電極反應(yīng)方程式：____________________________________。

Answer 1

【答案】 SiO2 PbSO4 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，防止生成Fe(OH)2 5.48≤pH＜.6.6 Ga(OH)3+OH-=CaO2-+2H2O 不能，因為NH3·H2O 為弱堿，與Ga(OH)3不反應(yīng) 取最后一次洗滌的濾液，用pH試紙測試pH值，若為中性則洗滌干凈 GaO2 -+2H2O+3e-=Ga+4OH-

【解析】試題分析：本題以鋅礦渣的綜合利用流程為載體，考查流程的分析、原子結(jié)構(gòu)示意圖和離子方程式的書寫、溶度積的計算和溶液pH的控制、電解原理。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)向濾渣2中加入NaOH使Ga（OH）3溶解轉(zhuǎn)化為NaGaO2。

（1）Ga位于元素周期表中第四周期IIIA族，原子序數(shù)為31，Ga的原子結(jié)構(gòu)示意圖為。

（2）根據(jù)上述分析，濾渣1的成分為SiO2、PbSO4。

（3）Fe2+具有還原性，H2O2將Fe2+氧化成Fe3+，加入H2O2的目的是：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O2，防止生成Fe（OH）2沉淀。

（4）操作B調(diào)節(jié)pH的目的是：將Fe3+、Ga3+完全轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，Zn2+不形成Zn（OH）2沉淀。Ga（OH）3、Fe（OH）3屬于同種類型且Ksp[Ga（OH）3] Ksp[Fe（OH）3]，Ga3+完全沉淀時Fe3+已經(jīng)完全沉淀，Ga3+完全沉淀時c（Ga3+）110-5mol/L，c（OH-）===310-9mol/L，c（H+）=10-5mol/L，pH=-lgc（H+）=-lg10-5=5.48；Zn2+開始沉淀時，c（OH-）===410-8mol/L，c（H+）=10-6mol/L，pH=-lgc（H+）=-lg10-6=6.6；操作B調(diào)節(jié)的pH范圍是：5.48pH6.6。

（5）根據(jù)流程，操作C中加入NaOH溶液的目的是：將Ga（OH）3溶解轉(zhuǎn)化為NaGaO2，聯(lián)想Al（OH）3與NaOH的反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為Ga（OH）3+OH-=GaO2-+2H2O。不能用氨水代替NaOH溶液，原因是：NH3·H2O為弱堿，氨水與Ga（OH）3不反應(yīng)。根據(jù)流程，Fe（OH）3沉淀上吸附的離子有Na+、OH-、GaO2- 等，檢驗Fe（OH）3洗滌干凈只要檢驗最后的洗滌液中不含OH- 即可，檢驗Fe（OH）3洗滌干凈的操作是：取最后一次洗滌的濾液，用pH試紙測試pH值，若為中性則洗滌干凈。

（6）電解NaGaO2溶液生產(chǎn)Ga，Ga元素的化合價由+3價降為0價，GaO2- 轉(zhuǎn)化為Ga為還原反應(yīng)，電解時還原反應(yīng)在陰極發(fā)生，陰極的電極反應(yīng)式為：GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-。