Question

【题目】镓是制作高性能半导体的重要原料。工业上常从锌矿冶炼的废渣中回收镓。已知某锌矿渣主要含Zn、Si、Pb、Fe、Ga的氧化物，利用该矿渣制镓的工艺流程如下：

已知：①镓在元素周期表中位于第四周期第ⅢA，化学性质与铝相似。

②lg2=0.3，lg3=0.48。

③部分物质的Ksp如F表所示

物质
Ksp

（1）滤渣1的主要成分是_________（写化学式）。

（2）加入H2O2的目的是(用离子方程式表示)___________。

（3）调pH的目的是______；室温条件下，若浸出液中各阳离子的浓度均为0.01 mol/L，当溶液中某种离子浓度小于mol/L时即认为该离子已完全除去，则pH应调节的范围为_______。

（4）操作D包括：__________过滤、洗涤、干燥。

（5）制备、精炼金属Ga。

①电解法制备金属镓。用惰性电极电解溶液即可制得金属镓，写出阴极电极反应式_________。

②电解法精炼金属镓（粗镓含Zn、Fe、Cu等杂质，已知氧化性:

下列有关电解精炼金属镓的说法正确的是_______（填字母序号）。

A .电解精炼镓时粗镓与电源的正极相连

B. 电解精炼过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等

C. 电解后，Cu和Fe沉积在电解槽底部形成阳极泥

D. 若用甲烷燃料电池电解精炼金属镓，当阴极有56.0 g镓析出时，电池负极最多消耗标准状况下的6.72 L

Answer 1

【答案】 使、沉淀完全面不沉淀 5.48<pH<6.6 蒸发浓缩，冷却结晶 AC

【解析】

Ga的性质与Al相似，锌矿渣中加入H2SO4，充分反应，其中Zn、Fe、Ga转化为可溶于水的ZnSO4、FeSO4、Ga2（SO4）3，Pb转化成难溶于水的PbSO4，SiO2与H2SO4不反应，经过滤得到的滤渣1中成分为PbSO4、SiO2； 向浸出液中加入H2O2，H2O2将Fe2+氧化成Fe3+，然后调节溶液的pH使Fe3+、Ga3+转化为氢氧化物沉淀与Zn2+分离；滤渣2的成分为Fe（OH）3和Ga（OH）3，根据图示应向滤渣2中加入NaOH使Ga（OH）3溶解转化为NaGaO2。据此解答。

（1）根据上述分析，滤渣1的成分为SiO2、PbSO4；

（2）Fe2+具有还原性，H2O2将Fe2+氧化成Fe3+，反应的方程式是：2Fe2++H2O2+2H+＝2Fe3++2H2O；

（3）根据流程中物质转化关系可知调pH的目的是将Fe3+、Ga3+转化为氢氧化物沉淀，Zn2+不能形成Zn（OH）2，从而与Zn2+分离；Fe（OH）3和Ga（OH）3属于同种类型，>Ksp[]，Ga3+完全沉淀时Fe3+已经完全沉淀，浓度小于mol/L，c(OH-)===mol/L，c(H+)=mol/L，pH=-lg=5.48，Zn2+开始沉淀时c(OH-) ===mol/L，c(H+)=mol/L，pH=-lg=6.6，则pH应调节的范围为5.48<pH<6.6

（4）操作D包括：蒸发浓缩，冷却结晶、过滤、洗涤、干燥等；

（5）①电解NaGaO2溶液生产Ga，Ga元素的化合价由+3价降为0价，GaO2-转化为Ga为还原反应，电解时还原反应在阴极发生，阴极的电极反应式为：；

②电解精炼镓时粗镓与电源的正极相连，离子氧化性顺序为：Zn2+<Ga2+<Fe2+<Cu2+，则金属还原性顺序为Zn>Ga>Fe>Cu，则阳极上Zn、Ga失电子进入电解质溶液，Fe、Cu以金属单质进入电解质溶液，则阳极泥成分是Fe、Cu，阴极上GaO2-得电子发生还原反应生成Ga，电极反应式为；甲烷燃料电池负极电极反应：CH4＋10OH－－8e－＝CO32－＋7H2O，所以

8Ga ~ 3CH4

8×70g 3×22.4L

56g 6.72L

但是电解精炼镓时能量的利用率达不到100%，实际耗电所消耗标准状态下的大于6.72L。故说法正确的是AC。