Question

【題目】銦(In)主要應用于透明導電圖層、熒光材料、有機合成等，以ITO靶材廢料(主要由In2O3、SnO2組成)為原料回收銦的工藝流程如圖：

已知：i. 錫、鋅的性質均與鋁的性質相似.

ii. 銦不與強堿反應，氫氧化銦難與強堿性溶液反應，在較濃的氫氧化鈉溶液中也只有少量溶解。

iii. Ksp[In(OH)3]=1×10-33 Ksp[Sn(OH)4]=1×10-56

(1)海綿狀ITO[xIn2O3(1-x)SnO2]可作異佛爾酮二胺合成的催化劑，如圖表示相同條件下，兩種不同方法制得的催化劑催化異佛爾酮二胺的相對初始速率隨x的變化曲線。真空蒸餾法的相對初始速率較大的原因可能是_________，In2O3、SnO2兩種氧化物中，催化效果更好的是__________；

(2)酸浸時，銦的浸出率隨溫度和硫酸濃度的關系如表，錫的浸出率小于20%。

	30℃	50℃	70℃	90℃
3 mol/L H2SO4	56%	72%	83%	91%
4 mol/L H2SO4	68%	81%	89%	94%

①寫出“浸出”反應的化學方程式：___________________________；

②由上表信息可得出規律：其他條件不變時，銦的浸出率隨溫度升高而_____________(填“增大”“減小”或“不變”下同)，溫度越高，硫酸濃度對銦的浸出率影響__________；

(3)現有一份In2(SO4)3和Sn2(SO4)2的混合溶液，向其中逐漸加入鋅粉，測得析出固體的質量隨加入鋅粉的物質的量關系如圖所示：

該混合溶液中，In3+和Sn4+的物質的量濃度之比為_______________；

(4)若“浸酸”后的溶液中In2(SO4)3的濃度為1 mol/L，取100 mL該溶液向其中滴加氨水，當Sn4+沉淀完全[設c(Sn4+)=1×10-6 mol/L]時，溶液的pH=____________，此時In3+是否開始形成沉淀_____(填“是”或“否”)；

(5)“堿熔”時主要反應的離子方程式為___________；

(6)以粗銦為陽極，純銦為陰極，H2SO4、NaCl和InCl3混合液為電解液可提純粗銦。寫出陰極反應的電極方程式：___________。

Answer 1

【答案】真空蒸餾法制取得到的催化劑純度高 In2O3 In2O3+3H2SO4=In2(SO4)3+3H2O、SnO2+2H2SO4=Sn(SO4)2+2H2O 增大 減小 4：1 1.5 否 Zn+2OH-=ZnO22-+H2↑ In3++3e-=In

【解析】

ITO靶材廢料(主要由In2O3、SnO2組成)用H2SO4處理，In2O3與硫酸反應產生In2(SO4)3進入溶液，而SnO2有少量反應產生Sn(SO4)2進入溶液，大部分仍以固體形式存在，過濾后除去固體SnO2，向濾液中加入Zn粉，發生反應Sn4++2Zn=Sn+2Zn2+，將反應產生的Sn過濾除去，向濾液中加入Zn粉，發生置換反應：3Zn+2In3+=3Zn2++2In，由于Zn過量，所以過濾，除去濾液，得到的濾渣中含有Zn、In，向濾渣中加入NaOH溶液，發生反應：Zn+2NaOH=Na2ZnO2+H2↑，除去過量Zn單質，得到粗In，然后電解精煉得到精銦。

(1)通過圖示可知：在x不變時，真空蒸餾法的相對初始速率較大，可能原因是蒸餾法得到的催化劑中雜質少純度高，避免了雜質對催化劑催化作用的影響； 在同樣條件下，x值越大，相對初始速率越大，說明In2O3的催化效果更好；

(2)①酸浸時In2O3、SnO2與硫酸發生反應，“浸出”反應主要發生：In2O3+3H2SO4=In2(SO4)3+3H2O，此外還發生了反應：SnO2+2H2SO4=Sn(SO4)2+2H2O；

(3)在Oa段發生反應：Sn4++2Zn=Sn+2Zn2+，n(Sn4+)=n(Zn)=×0.02 mol=0.01 mol，在ab段發生反應：3Zn+2In3+=3Zn2++2In，n(In3+)=n(Zn)=×(0.08-0.02) mol=0.04 mol，溶液的體積相同，所以離子濃度比等于它們的物質的量的比，故c(In3+)：c(Sn4+)=0.04：0.01=4：1；

(4)由于Ksp[Sn(OH)4]=1×10-56，Ksp[Sn(OH)4]=c(Sn4+)·c4(OH-)=1×10-56，c(Sn4+)=1×10-6mol/L，所以c(OH-)=10-12.5，則c(H+)==10-1.5，所以此時溶液pH=1.5；由于Ksp[In(OH)3]= =1×10-33，In2(SO4)3的濃度為1 mol/L，則c(In3+)=2 mol/L，而c(OH-)=10-12.5 mol/L，c(In3+)·c3(OH-)=2×(10-12.5)3=2×10-37.5＜1×10-33，因此此時In3+不能形成沉淀；

(5) “堿熔”時NaOH與Zn反應，主要反應的離子方程式為：Zn+2OH-=ZnO22-+H2↑；

(6)以粗銦為陽極，純銦為陰極，H2SO4、NaCl和InCl3混合液為電解液可提純粗銦。陽極上In失去電子變為In3+進入溶液，陰極上In3+得到電子變為In單質，陰極的電極方程式為：In3++3e-=In。