Question

17．In是第5周期IIIA的元素；In₂O₃是一種透明的導電材料，可運用于觸控屏、液晶顯示器等高科技領域；利用水銦礦【主要成分In（OH）₃制備In₂O₃的工藝流程如下：

（1）寫出水銦礦被硫酸酸溶的離子方程式：In（OH）₃+3H⁺=In³⁺+3H₂O．
（2）從硫酸銦溶液中制備硫酸銦晶體的實驗步驟：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌和干燥．
（3）提純粗銦的方法和銅的精煉原理相似，則粗銦為陽極（填“陰極”、“陽極”），寫出陰極的電極反應式In³⁺+3e^-=In．
（4）完成下列化學方程式：4In（NO₃）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2In₂O₃+12NO₂↑+3O₂↑
（5）已知t℃時，反應In₂O₃+CO?2InO+CO₂的平衡常數K=0.25；
i．t℃時，反應達到平衡時，n（CO）：n（CO₂）=4；
ii．在1L的密閉容器中加入0.02mol的In₂O₃（s），并通入xmol的CO，t℃時反應達到平衡．此時In₂O₃的轉化率為50%，則x=0.05mol．
（6）高純銦和濃硝酸反應過程中產生的NO₂氣體可以被Na₂O₂直接吸收，則標準狀況下672mLNO₂可以被1.17gg Na₂O₂吸收．NO₂的排放會引起一系列的環(huán)境問題，任寫一條其引起的環(huán)境問題：光化學煙霧或硝酸型酸雨．

Answer 1

分析 將主要成分為In（OH）₃的水銦礦溶解于稀硫酸，根據酸堿中和原理得到硫酸銦的溶液，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾并洗滌、干燥得到硫酸銦晶體，將所得晶體與稀硫酸混合后電解可得到粗銦，再用NaOH溶液為電解液，進行粗銦精煉臨到高純銦，最后將高純銦溶解于稀硝酸，并通過加熱促進硝酸銦分解可得到In₂O₃；
（1）根據酸堿中和原理可知固體In（OH）₃溶解于稀硫酸，生成可溶性的硫酸銦和水，據此可寫出此反應的離子方程式；
（2）從可溶性鹽的溶液中獲得溶質，通常使用的方法是蒸發(fā)結晶；
（3）粗銅精煉時粗銅作陽極，純銅作陰極，含有銅離子的鹽溶液作電解液，根據此原理選擇精煉粗銦時，陰、陽極電極材料及書寫電極反應式，其中陰極發(fā)生的是  In³⁺的還原反應；
（4）硝酸鹽不穩(wěn)定，受熱易分解，較活潑金屬的硝酸鹽分解產物為金屬氧化物、二氧化氮及氧氣，可結合電子守恒和原子守恒書寫并配平此反應方程式；
（5）�。�反應只有CO和CO₂是氣體，另二種物質為固體，根據平衡常數的計算公式進行計算n（CO）：n（CO₂）；
ⅱ．可根據反應原理In₂O₃+CO?2InO+CO₂，利用三行式和平衡常數的計算公式進行計算；
（6）NO₂氣體可以被Na₂O₂直接吸收，其中NO₂為還原劑，Na₂O₂為氧化劑，可結合電子守恒計算；NO₂氣體是有毒氣體，不能隨意排放，其對環(huán)境的主要危害有光化學煙霧和酸雨等．

解答 解：將主要成分為In（OH）₃的水銦礦溶解于稀硫酸，根據酸堿中和原理得到硫酸銦的溶液，將溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾并洗滌、干燥得到硫酸銦晶體，將所得晶體與稀硫酸混合后電解可得到粗銦，再用NaOH溶液為電解液，進行粗銦精煉臨到高純銦，最后將高純銦溶解于稀硝酸，并通過加熱促進硝酸銦分解可得到In₂O₃；
（1）In（OH）₃溶解于稀硫酸，發(fā)生反應的離子方程式為In（OH）₃+3H⁺=In³⁺+3H₂O，故答案為：In（OH）₃+3H⁺=In³⁺+3H₂O；
（2）從硫酸銦的溶液中獲得硫酸銦晶體的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌和干燥，故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶；
（3）電解粗銦時，粗銦為陽極，陰極  In³⁺發(fā)生還原反應的電極反應為In³⁺+3e-=In，故答案為：陽極；In³⁺+3e-=In；
（4）硝酸銦受熱易分解，產物為三氧化銦、二氧化氮及氧氣，根據電子守恒和原子守恒可得此反應方程式，式：4In（NO₃）₃$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$ 2In₂O₃+12NO₂↑+3O₂↑，故答案為：4  2  12  NO₂  3  O₂；
（5）�。�反應In₂O₃+CO?2InO+CO₂的平衡常數K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=0.25，根據同一容器中，氣體的濃度比等于物質的量之比可知：n（CO）：n（CO₂）=4，故答案為：4；
ⅱ.0.02mol的In₂O₃（s）在反應達到平衡時轉化率為50%，可知參加反應的In₂O₃物質量為0.01mol，同時參加反應的CO和生成的CO₂的物質的量也為0.01mol，據ⅰ知平衡時n（CO）：n（CO₂）=4，即（x-0.01）：0.01=4，解得x=0.05mol，故答案為：0.05mol；

（6）672mLNO₂氣體的物質的量為$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol，被nmolNa₂O₂直接吸收，則根據電子守恒：0.03mol×1=nmol×2，解得：n=0.015mol，Na₂O₂的質量為0.015mol×78g/mol=1.17g；大量NO₂氣體排到大氣中，會造成光化學煙霧或硝酸型酸雨，故答案為：1.17；光化學煙霧或硝酸型酸雨．

點評 本題以制備In₂O₃為載體，綜合考查物質制備流程的操作與評價，涉及反應原理的探究、混合物的分離提純、電解原理的應用及氧化還原反應的配平與計算，綜合性較強，有一定難度，對培養(yǎng)學生靈活運用知識分析問題、解決問題的能力有一定幫助．