Question

17．In是第5周期IIIA的元素；In₂O₃是一種透明的導(dǎo)電材料，可運(yùn)用于觸控屏、液晶顯示器等高科技領(lǐng)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(shí)驗(yàn)步驟：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)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(yáng)極（填“陰極”、“陽(yáng)極”），寫出陰極的電極反應(yīng)式In³⁺+3e^-=In．
（4）完成下列化學(xué)方程式：4In（NO₃）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2In₂O₃+12NO₂↑+3O₂↑
（5）已知t℃時(shí)，反應(yīng)In₂O₃+CO?2InO+CO₂的平衡常數(shù)K=0.25；
i．t℃時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，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(shí)反應(yīng)達(dá)到平衡．此時(shí)In₂O₃的轉(zhuǎn)化率為50%，則x=0.05mol．
（6）高純銦和濃硝酸反應(yīng)過程中產(chǎn)生的NO₂氣體可以被Na₂O₂直接吸收，則標(biāo)準(zhǔn)狀況下672mLNO₂可以被1.17gg Na₂O₂吸收．NO₂的排放會(huì)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(xué)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(jù)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(jié)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(jìn)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(jìn)硝酸銦分解可得到In₂O₃；
（1）根據(jù)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(jù)此可寫出此反應(yīng)的離子方程式；
（2）從可溶性鹽的溶液中獲得溶質(zhì)，通常使用的方法是蒸發(fā)結(jié)晶；
（3）粗銅精煉時(shí)粗銅作陽(yáng)極，純銅作陰極，含有銅離子的鹽溶液作電解液，根據(jù)此原理選擇精煉粗銦時(shí)，陰、陽(yáng)極電極材料及書寫電極反應(yīng)式，其中陰極發(fā)生的是  In³⁺的還原反應(yīng)；
（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(chǎn)物為金屬氧化物、二氧化氮及氧氣，可結(jié)合電子守恒和原子守恒書寫并配平此反應(yīng)方程式；
（5）�。�反應(yīng)只有CO和CO₂是氣體，另二種物質(zhì)為固體，根據(jù)平衡常數(shù)的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算n（CO）：n（CO₂）；
ⅱ．可根據(jù)反應(yīng)原理In₂O₃+CO?2InO+CO₂，利用三行式和平衡常數(shù)的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)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(jié)合電子守恒計(jì)算；NO₂氣體是有毒氣體，不能隨意排放，其對(duì)環(huán)境的主要危害有光化學(xué)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(jù)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(jié)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(jìn)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(jìn)硝酸銦分解可得到In₂O₃；
（1）In（OH）₃溶解于稀硫酸，發(fā)生反應(yīng)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(jié)晶、過濾、洗滌和干燥，故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（3）電解粗銦時(shí)，粗銦為陽(yáng)極，陰極  In³⁺發(fā)生還原反應(yīng)的電極反應(yīng)為In³⁺+3e-=In，故答案為：陽(yáng)極；In³⁺+3e-=In；
（4）硝酸銦受熱易分解，產(chǎn)物為三氧化銦、二氧化氮及氧氣，根據(jù)電子守恒和原子守恒可得此反應(yīng)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(yīng)In₂O₃+CO?2InO+CO₂的平衡常數(shù)K=$\frac{c（C{O}_{2}）}{c（CO）}$=0.25，根據(jù)同一容器中，氣體的濃度比等于物質(zhì)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(yīng)達(dá)到平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率為50%，可知參加反應(yīng)的In₂O₃物質(zhì)量為0.01mol，同時(shí)參加反應(yīng)的CO和生成的CO₂的物質(zhì)的量也為0.01mol，據(jù)ⅰ知平衡時(shí)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(zhì)的量為$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol，被nmolNa₂O₂直接吸收，則根據(jù)電子守恒：0.03mol×1=nmol×2，解得：n=0.015mol，Na₂O₂的質(zhì)量為0.015mol×78g/mol=1.17g；大量NO₂氣體排到大氣中，會(huì)造成光化學(xué)煙霧或硝酸型酸雨，故答案為：1.17；光化學(xué)煙霧或硝酸型酸雨．

點(diǎn)評(píng) 本題以制備In₂O₃為載體，綜合考查物質(zhì)制備流程的操作與評(píng)價(jià)，涉及反應(yīng)原理的探究、混合物的分離提純、電解原理的應(yīng)用及氧化還原反應(yīng)的配平與計(jì)算，綜合性較強(qiáng)，有一定難度，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)分析問題、解決問題的能力有一定幫助．