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【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

【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。

练习册系列答案
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反应A:CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H1=-49.6kJ·mol-1

反应B:CO2(g)+H2H2O(g)+CO(g) △H2=+41kJ·mol-1

⑴ 写出用CO(g)和H2(g)合成CH3OH(g)反应的热化学方程式: __________________。

⑵ 反应A可自发进行的温度条件是________(填“低温”或“高温”) 。

⑶ 写出两个有利于提高反应A中甲醇平衡产率的条件___________。

⑷ 在Cu-ZnO/ZrO2催化下,CO2和H2混和气体,体积比1∶3,总物质的量amol进行反应,测得CO2转化率、CH3OH和CO选择性随温度、压强变化情况分别如图所示(选择性:转化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比)。

温度对反应的影响 压强对反应的影响

① 由上图可知,影响产物选择性的外界条件是______。

A. 温度 B. 压强 C. 催化剂

② 如图中M点温度为250℃,CO2的平衡转化率为25%,该温度下反应B的平衡常数为________________(用分数表示)。

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⑸ 阳极反应式为__________________________________。

⑹ 除去NH4+的离子反应方程式为________________________________________。

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