Question

【題目】我國某地粉煤灰中主要含有Al2O3，除此之外還含有Ga2O3及少量Fe2O3、CaO、MgO和SiO2等物質。已知從粉煤灰中回收鋁并提取鎵的工藝流程如下所示：

回答下列問題：

（1）焙燒前，應將粉煤灰與純堿粉末充分混合，其原因是____；混合焙燒時，Al2O3、Ga2O3均發生類似于SiO2的反應，試寫出Ga2O3在此過程中發生反應的化學方程式：____。

（2）濾渣的成分是____ ；含鋁混合液中除了大量A13+之外，還有Fe3+和少量Mg2+，由混合液制取純凈Al(OH)3的實驗方案是_____。

（3）洗脫液中往往還有少量Fe3+，需要進一步分離。若使Fe3+恰好完全沉淀[c(Fe3+)= l×l0-5mol·L-l]時，Ga3+濃度至少為_____mol·L-l才會開始沉淀。（已知：。）

（4）電解過程中，Ga3+與NaOH溶液反應生成GaO2-，GaO2-在陰極放電，則電解方程式為____；電解過程中需要保持溶液為pH=11以上的原因是 ___。

Answer 1

【答案】增大反應物接觸面積，加快化學反應速率 Ga2O3+Na2CO32NaGaO2+CO2↑ H2SiO3或H4SiO4 向混合液中加入過量NaOH，過濾，向濾液中通入足量CO2，再過濾 3.5×10-2mol/L 抑制水解，并阻止H+在陰極放電降低電解效率

【解析】

混合焙燒時，Al2O3、Ga2O3、SiO2與Na2CO3反應，生成可溶性鹽NaAlO2、NaGaO2、Na2SiO3，CaO、MgO、Fe2O3不發生反應；將固體溶解，MgO、Fe2O3不溶于水，CaO溶于水生成Ca(OH)2，溶液中溶質為Ca(OH)2、NaAlO2、NaGaO2、Na2SiO3、Na2CO3；加入鹽酸后，溶液中溶質為FeCl3、MgCl2、CaCl2、AlCl3、GaCl3、NaCl，生成的硅酸不溶，濾渣為H2SiO3或H4SiO4，然后將濾液進行樹脂吸附，得到含鋁混合液和洗脫液，然后將洗脫液中的Fe3+除去，最終通過電解制備Ga。

（1）將粉煤灰與純堿粉末充分混合，可以增大反應物接觸面積，加快化學反應速率；SiO2與Na2CO3固體在加熱條件下能夠生成Na2SiO3、CO2，因此Ga2O3在此過程中發生反應的化學方程式為：Ga2O3+Na2CO32NaGaO2+CO2↑；

（2）由上述分析可知，濾渣為：H2SiO3或H4SiO4；Al(OH)3為兩性氫氧化物，能溶于強堿溶液，而Fe(OH)3、Mg(OH)2不溶于強堿溶液，因此可將Al元素轉化為偏鋁酸鹽，然后通入CO2制取純凈的Al(OH)3，實驗方案為：向混合液中加入過量NaOH，過濾，向濾液中通入足量CO2，再過濾；

（3）當c(Fe3+)恰好為l×l0-5mol·L-l時，，若此時Ga3+恰好開始沉淀，則；

（4）電解過程中，中Ga元素從+3價降低至0價，發生還原反應生成Ga，陽極為水失去電子生成氧氣，電解總反應為：；屬于弱酸陰離子，能夠發生水解生成Ga(OH)3，會降低產率，若溶液酸度過高，則溶液中H+可能會發生還原反應生成H2，會降低陰極電解效率。