Question

【題目】鎵是制作高性能半導(dǎo)體的重要原料。工業(yè)上常從鋅礦冶煉的廢渣中回收鎵。已知某鋅礦渣主要含Zn、Si、Pb、Fe、Ga的氧化物，利用該礦渣制鎵的工藝流程如下：

已知：①鎵在元素周期表中位于第四周期第ⅢA族，化學(xué)性質(zhì)與鋁相似。

②lg2=0.3 lg3=0.48。

③部分物質(zhì)的Ksp如下表所示。

物質(zhì)	Zn(OH)2	Ga(OH)3	Fe(OH)2	Fe(OH)3
Ksp	1.6×10－17	2.7×10－31	8×10－16	2.8×10－39

(1)為了提高酸浸速率，除適當(dāng)增加硫酸濃度外，應(yīng)采取的措施有__________________（寫出兩條）。濾渣1的主要成分是硫酸鉛及_________________(寫化學(xué)式)。

(2)加入H2O2的目的是(用離子方程式表示)______________________ 。

(3)室溫條件下，若浸出液中各陽離子的濃度均為0.01mo/L，當(dāng)溶液中某種離子濃度小于1×10-5mol/L時(shí)即認(rèn)為該離子已完全除去，則pH應(yīng)調(diào)節(jié)的范圍為___________________。

(4)操作D包括：_______________過濾、洗滌、干燥。

(5)電解法制備金屬鎵。用惰性電極電解NaGaO2溶液即可制得金屬鎵，寫出陰極電極反應(yīng)式________________________。

Answer 1

【答案】升高溫度、粉碎、攪拌等 SiO2 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 5.48<pH<6.6 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶 GaO2-+2H2O+3e-=Ga+4OH-

【解析】

某鋅礦渣主要含Zn、Si、Pb、Fe、Ga的氧化物，加入硫酸，經(jīng)過濾，得到濾渣Ⅰ為SiO2、PbSO4，浸出液含有Zn、Fe、Ga的離子，加入過氧化氫，可氧化亞鐵離子生成鐵離子，調(diào)節(jié)溶液pH生成Fe(OH)3、Ga(OH)3沉淀，濾液含有硫酸鋅，經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶可得到硫酸鋅晶體，濾渣2含有Fe(OH)3、Ga(OH)3，加入過量的氫氧化鈉，可生成NaGaO2溶液，過濾得到有Fe(OH)3，分解可生成氧化鐵，電解NaGaO2溶液，可制備Ga，以此解答該題。

(1)為了提高酸浸速率，除適當(dāng)增加硫酸濃度外，應(yīng)采取的措施有將礦物質(zhì)粉碎、升高溫度、攪拌等；由以上分析可知濾渣1為SiO2、PbSO4；

(2)在濾液中加入H2O2的目的是氧化Fe2+，調(diào)節(jié)溶液pH沉淀Fe3+，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；

(3)調(diào)pH的目的是使Fe3+、Ga3+沉淀完全而Zn2+不沉淀，Ga(OH)3完全沉淀時(shí)，c(OH-)=mol/L=3×10-9mol/L，則此時(shí)溶液的pH=5.48；如生成Zn(OH)2，則c(OH-)=mol/L=4×10-8mol/L，則此時(shí)溶液的pH=6.6，故應(yīng)調(diào)節(jié)pH范圍為5.48<pH<6.6；

(4)操作D得到晶體，涉及操作為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶過濾、洗滌、干燥；

(5)①陰極上GaO2-發(fā)生還原反應(yīng)生成Ga，電極方程式為GaO2-+2H2O+3e-=Ga+4OH-。