Question

【题目】我国某地粉煤灰中主要含有Al2O3，除此之外还含有Ga2O3及少量Fe2O3、CaO、MgO和SiO2等物质。已知从粉煤灰中回收铝并提取镓的工艺流程如下所示：

回答下列问题：

（1）焙烧前，应将粉煤灰与纯碱粉末充分混合，其原因是____；混合焙烧时，Al2O3、Ga2O3均发生类似于SiO2的反应，试写出Ga2O3在此过程中发生反应的化学方程式：____。

（2）滤渣的成分是____ ；含铝混合液中除了大量A13+之外，还有Fe3+和少量Mg2+，由混合液制取纯净Al(OH)3的实验方案是_____。

（3）洗脱液中往往还有少量Fe3+，需要进一步分离。若使Fe3+恰好完全沉淀[c(Fe3+)= l×l0-5mol·L-l]时，Ga3+浓度至少为_____mol·L-l才会开始沉淀。（已知：。）

（4）电解过程中，Ga3+与NaOH溶液反应生成GaO2-，GaO2-在阴极放电，则电解方程式为____；电解过程中需要保持溶液为pH=11以上的原因是 ___。

Answer 1

【答案】增大反应物接触面积，加快化学反应速率 Ga2O3+Na2CO32NaGaO2+CO2↑ H2SiO3或H4SiO4 向混合液中加入过量NaOH，过滤，向滤液中通入足量CO2，再过滤 3.5×10-2mol/L 抑制水解，并阻止H+在阴极放电降低电解效率

【解析】

混合焙烧时，Al2O3、Ga2O3、SiO2与Na2CO3反应，生成可溶性盐NaAlO2、NaGaO2、Na2SiO3，CaO、MgO、Fe2O3不发生反应；将固体溶解，MgO、Fe2O3不溶于水，CaO溶于水生成Ca(OH)2，溶液中溶质为Ca(OH)2、NaAlO2、NaGaO2、Na2SiO3、Na2CO3；加入盐酸后，溶液中溶质为FeCl3、MgCl2、CaCl2、AlCl3、GaCl3、NaCl，生成的硅酸不溶，滤渣为H2SiO3或H4SiO4，然后将滤液进行树脂吸附，得到含铝混合液和洗脱液，然后将洗脱液中的Fe3+除去，最终通过电解制备Ga。

（1）将粉煤灰与纯碱粉末充分混合，可以增大反应物接触面积，加快化学反应速率；SiO2与Na2CO3固体在加热条件下能够生成Na2SiO3、CO2，因此Ga2O3在此过程中发生反应的化学方程式为：Ga2O3+Na2CO32NaGaO2+CO2↑；

（2）由上述分析可知，滤渣为：H2SiO3或H4SiO4；Al(OH)3为两性氢氧化物，能溶于强碱溶液，而Fe(OH)3、Mg(OH)2不溶于强碱溶液，因此可将Al元素转化为偏铝酸盐，然后通入CO2制取纯净的Al(OH)3，实验方案为：向混合液中加入过量NaOH，过滤，向滤液中通入足量CO2，再过滤；

（3）当c(Fe3+)恰好为l×l0-5mol·L-l时，，若此时Ga3+恰好开始沉淀，则；

（4）电解过程中，中Ga元素从+3价降低至0价，发生还原反应生成Ga，阳极为水失去电子生成氧气，电解总反应为：；属于弱酸阴离子，能够发生水解生成Ga(OH)3，会降低产率，若溶液酸度过高，则溶液中H+可能会发生还原反应生成H2，会降低阴极电解效率。