Question

【題目】鎵是制作高性能半導體的重要原料。工業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，化學性質與鋁相似。

②lg2=0.3，lg3=0.48。

③部分物質的Ksp如F表所示

物質
Ksp

（1）濾渣1的主要成分是_________（寫化學式）。

（2）加入H2O2的目的是(用離子方程式表示)___________。

（3）調pH的目的是______；室溫條件下，若浸出液中各陽離子的濃度均為0.01 mol/L，當溶液中某種離子濃度小于mol/L時即認為該離子已完全除去，則pH應調節的范圍為_______。

（4）操作D包括：__________過濾、洗滌、干燥。

（5）制備、精煉金屬Ga。

①電解法制備金屬鎵。用惰性電極電解溶液即可制得金屬鎵，寫出陰極電極反應式_________。

②電解法精煉金屬鎵（粗鎵含Zn、Fe、Cu等雜質，已知氧化性:

下列有關電解精煉金屬鎵的說法正確的是_______（填字母序號）。

A .電解精煉鎵時粗鎵與電源的正極相連

B. 電解精煉過程中，陽極質量的減少與陰極質量的增加相等

C. 電解后，Cu和Fe沉積在電解槽底部形成陽極泥

D. 若用甲烷燃料電池電解精煉金屬鎵，當陰極有56.0 g鎵析出時，電池負極最多消耗標準狀況下的6.72 L

Answer 1

【答案】 使、沉淀完全面不沉淀 5.48<pH<6.6 蒸發濃縮，冷卻結晶 AC

【解析】

Ga的性質與Al相似，鋅礦渣中加入H2SO4，充分反應，其中Zn、Fe、Ga轉化為可溶于水的ZnSO4、FeSO4、Ga2（SO4）3，Pb轉化成難溶于水的PbSO4，SiO2與H2SO4不反應，經過濾得到的濾渣1中成分為PbSO4、SiO2； 向浸出液中加入H2O2，H2O2將Fe2+氧化成Fe3+，然后調節溶液的pH使Fe3+、Ga3+轉化為氫氧化物沉淀與Zn2+分離；濾渣2的成分為Fe（OH）3和Ga（OH）3，根據圖示應向濾渣2中加入NaOH使Ga（OH）3溶解轉化為NaGaO2。據此解答。

（1）根據上述分析，濾渣1的成分為SiO2、PbSO4；

（2）Fe2+具有還原性，H2O2將Fe2+氧化成Fe3+，反應的方程式是：2Fe2++H2O2+2H+＝2Fe3++2H2O；

（3）根據流程中物質轉化關系可知調pH的目的是將Fe3+、Ga3+轉化為氫氧化物沉淀，Zn2+不能形成Zn（OH）2，從而與Zn2+分離；Fe（OH）3和Ga（OH）3屬于同種類型，>Ksp[]，Ga3+完全沉淀時Fe3+已經完全沉淀，濃度小于mol/L，c(OH-)===mol/L，c(H+)=mol/L，pH=-lg=5.48，Zn2+開始沉淀時c(OH-) ===mol/L，c(H+)=mol/L，pH=-lg=6.6，則pH應調節的范圍為5.48<pH<6.6

（4）操作D包括：蒸發濃縮，冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等；

（5）①電解NaGaO2溶液生產Ga，Ga元素的化合價由+3價降為0價，GaO2-轉化為Ga為還原反應，電解時還原反應在陰極發生，陰極的電極反應式為：；

②電解精煉鎵時粗鎵與電源的正極相連，離子氧化性順序為：Zn2+<Ga2+<Fe2+<Cu2+，則金屬還原性順序為Zn>Ga>Fe>Cu，則陽極上Zn、Ga失電子進入電解質溶液，Fe、Cu以金屬單質進入電解質溶液，則陽極泥成分是Fe、Cu，陰極上GaO2-得電子發生還原反應生成Ga，電極反應式為；甲烷燃料電池負極電極反應：CH4＋10OH－－8e－＝CO32－＋7H2O，所以

8Ga ~ 3CH4

8×70g 3×22.4L

56g 6.72L

但是電解精煉鎵時能量的利用率達不到100%，實際耗電所消耗標準狀態下的大于6.72L。故說法正確的是AC。