Question

锌是一种常用金属，冶炼方法有火法和湿法．
I．镓（Ga）是火法冶炼锌过程中的副产品，镓与铝同主族且相邻，化学性质与铝相似．氮化镓（GaN）是制造LED的重要材料，被誉为第三代半导体材料．
（1）Ga的原子结构示意图为

 

．
（2）GaN可由Ga和NH₃在高温条件下合成，该反应的化学方程式为

 

．
（3）下列有关镓和镓的化合物的说法正确的是

 

（填字母序号）．
A．一定条件下，Ga可溶于盐酸和氢氧化钠
B．常温下，Ga可与水剧烈反应放出氢气
C．Ga₂O₃可由Ga（OH）₃受热分解得到
D．一定条件下，Ga₂O₃可与NaOH反应生成盐
II．工业上利用锌焙砂（主要含Zn0、ZnFe₂O₄，还含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物）湿法制取金属锌的流程如图所示，回答下列问题：

已知：Fe的活泼性强于Ni
（4）ZnFe₂O₄可以写成ZnO?Fe₂O₃，写出ZnFe₂O₄与H₂SO₄反应的化学方程式

 

．
（5）净化I操作分为两步：第一步是将溶液中少量的Fe²⁺氧化；第二步是控制溶液pH，只使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀．净化I生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是

 

．
（6）净化II中加入Zn的目的是

 

．
（7）常温下，净化I中，如果要使c（Fe³⁺）＜10^-5 mol/L，则应控制溶液pH的范围为

 

．
已知：K_sp[Fe（OH）₃]=8.0×10^-38；lg5=0.7．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,金属的回收与环境、资源保护,常见金属元素的单质及其化合物的综合应用

专题：实验设计题,元素及其化合物

分析：I．（1）Ga的原子序数为31，位于第四周期第ⅢA族；
（2）Ga和NH₃在高温条件下反应生成GaN和氢气；
（3）镓位于第ⅢA族，为活泼金属，金属性比Al强，以此分析其单质和化合物的性质；
II．（4）ZnFe₂O₄可以写成ZnO?Fe₂O₃，酸浸时ZnFe₂O₄会生成两种盐，即ZnFe₂O₄与硫酸反应生成硫酸锌、硫酸铁；
（5）根据Fe（OH）₃胶体（沉淀）具有的吸附性进行分析；
（6）锌焙砂中含有CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物，反应后溶液中存在铜离子，没有净化Ⅱ操作，电解制取的锌会含有铜等杂质；
（7）根据氢氧化铁的溶度积及c（Fe³⁺）＜10^-5 mol/L计算出溶液pH．

解答： 解：Ⅰ．（1）Ga的原子序数为31，位于第四周期第ⅢA族，原子结构示意图为，故答案为：；
（2）Ga和NH₃在高温条件下反应生成GaN和氢气，反应为2Ga+2NH₃

电解  .

2GaN+3H₂，故答案为：2Ga+2NH₃

电解  .

2GaN+3H₂；
（3）镓与铝同主族且相邻，化学性质与铝相似，则
A．Al与盐酸、NaOH均反应，则一定条件下，Ga可溶于盐酸和氢氧化钠，故A正确；
B．Al与水常温不反应，则常温下，Ga不能与水剧烈反应放出氢气，故B错误；
C．氧化铝可由氢氧化铝分解生成，则Ga₂O₃可由Ga（OH）₃受热分解得到，故C正确；
D．氧化铝与NaOH反应生成盐，则一定条件下，Ga₂O₃可与NaOH反应生成盐，故D正确；
故答案为：ACD；
Ⅱ（4）根据信息，酸浸时ZnFe₂O₄会生成两种盐，这两种盐分别为硫酸锌、硫酸铁，即ZnFe₂O₄与硫酸反应生成硫酸锌、硫酸铁，反应的化学方程式为：ZnFe₂O₄+4H₂SO₄═ZnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O，
故答案为：ZnFe₂O₄+4H₂SO₄═ZnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
（5）因为Fe（OH）₃胶粒具有吸附性，则净化I生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，故答案为：Fe（OH）₃胶粒具有吸附性；
（6）CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物溶于酸转化为金属离子，净化I后除去Fe元素，净化II中加入Zn的目的是使Cu²⁺、Ni²⁺转化为Cu、Ni而除去，故答案为：使Cu²⁺、Ni²⁺转化为Cu、Ni而除去；
（7）由K_sp[Fe（OH）₃]=8.0×10^-38，要使c（Fe³⁺）＜10^-5 mol/L，则c（OH^-）＞

3	8.0×10-38 10-5

=2×10^-11mol/L，c（H⁺）＜

10-14

2×10-11

=5×10^-4mol/L，所以pH＞4-lg5=3.3，故答案为：pH＞3.3．

点评：本题考查较综合，涉及混合物分离提纯综合应用及金属单质及化合物的性质，为高频考点，把握物质的性质、发生的反应为解答的关键，侧重分析与迁移应用能力的考查，注重反应原理及实验能力的夯实，题目难度不大．