【題目】鎵是制作高性能半導(dǎo)體的重要原料。在工業(yè)上經(jīng)常從鋅礦冶煉的廢渣中回收鎵。已知鋅礦渣中含有Zn、FePb、Ga以及二氧化硅等,目前綜合利用鋅礦渣的流程如下:

已知:①Ga性質(zhì)與鋁相似。

lg2=0.3lg3=0.48。

③如下表所示。

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寫出Ga的原子結(jié)構(gòu)示意圖______________________________。

2濾渣1的成分為________________________

3加入H2O2的目的( 用離子方程式和適當(dāng)語(yǔ)言回答) ____________________________________。

4室溫條件下,若浸出液中各種陽(yáng)離子的濃度均為0.01mo/L且某種離子濃度小于1×10-5 mol/L即認(rèn)為該離子已完全除去,問(wèn)操作B調(diào)節(jié)pH的范圍是________________________。

5操作C中,需要加入氫氧化鈉溶液,其目的是_____________________ (用離子方程式解釋);能否用氨水代替NaOH溶液,為什么? ________________________;如何檢測(cè)Fe(OH)3洗滌干凈? ________________________

6在工業(yè)上,經(jīng)常用電解NaGaO2溶液的方法生產(chǎn)Ga,寫出陰極的電極反應(yīng)方程式:____________________________________。

【答案】 SiO2 PbSO4 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O,防止生成Fe(OH)2 5.48≤pH.6.6 Ga(OH)3+OH-=CaO2-+2H2O 不能,因?yàn)?/span>NH3·H2O 為弱堿,與Ga(OH)3不反應(yīng) 取最后一次洗滌的濾液,用pH試紙測(cè)試pH值,若為中性則洗滌干凈 GaO2 -+2H2O+3e-=Ga+4OH-

【解析】試題分析:本題以鋅礦渣的綜合利用流程為載體,考查流程的分析、原子結(jié)構(gòu)示意圖和離子方程式的書寫、溶度積的計(jì)算和溶液pH的控制、電解原理。Ga的性質(zhì)與Al相似,鋅礦渣中加入H2SO4,充分反應(yīng),其中Zn、FeGa轉(zhuǎn)化為可溶于水的ZnSO4、FeSO4Ga2SO43,Pb轉(zhuǎn)化成難溶于水的PbSO4,SiO2H2SO4不反應(yīng),經(jīng)過(guò)濾得到的濾渣1中成分為PbSO4、SiO2;向浸出液中加入H2O2,H2O2Fe2+氧化成Fe3+然后調(diào)節(jié)溶液的pH使Fe3+、Ga3+轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀與Zn2+分離;濾渣2的成分為FeOH3GaOH3,根據(jù)圖示應(yīng)向?yàn)V渣2中加入NaOH使GaOH3溶解轉(zhuǎn)化為NaGaO2

1Ga位于元素周期表中第四周期IIIA族,原子序數(shù)為31,Ga的原子結(jié)構(gòu)示意圖為

2)根據(jù)上述分析,濾渣1的成分為SiO2、PbSO4。

3Fe2+具有還原性,H2O2Fe2+氧化成Fe3+,加入H2O2的目的是:2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O2防止生成FeOH2沉淀。

4操作B調(diào)節(jié)pH的目的是:將Fe3+、Ga3+完全轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀,Zn2+不形成ZnOH2沉淀。GaOH3FeOH3屬于同種類型且Ksp[GaOH3] Ksp[FeOH3],Ga3+完全沉淀時(shí)Fe3+已經(jīng)完全沉淀Ga3+完全沉淀時(shí)cGa3+110-5mol/L,cOH-===310-9mol/LcH+=10-5mol/L,pH=-lgcH+=-lg10-5=5.48Zn2+開(kāi)始沉淀時(shí),cOH-===410-8mol/LcH+=10-6mol/L,pH=-lgcH+=-lg10-6=6.6;操作B調(diào)節(jié)的pH范圍是:5.48pH6.6。

5)根據(jù)流程,操作C中加入NaOH溶液的目的是:將GaOH3溶解轉(zhuǎn)化為NaGaO2,聯(lián)想AlOH3NaOH的反應(yīng),反應(yīng)的離子方程式為GaOH3+OH-=GaO2-+2H2O。不能用氨水代替NaOH溶液,原因是:NH3·H2O為弱堿,氨水與GaOH3不反應(yīng)根據(jù)流程,FeOH3沉淀上吸附的離子有Na+OH-、GaO2- 檢驗(yàn)FeOH3洗滌干凈只要檢驗(yàn)最后的洗滌液中不含OH- 即可檢驗(yàn)FeOH3洗滌干凈的操作是:取最后一次洗滌的濾液,用pH試紙測(cè)試pH值,若為中性則洗滌干凈。

6)電解NaGaO2溶液生產(chǎn)Ga,Ga元素的化合價(jià)由+3價(jià)降為0價(jià)GaO2- 轉(zhuǎn)化為Ga為還原反應(yīng),電解時(shí)還原反應(yīng)在陰極發(fā)生,陰極的電極反應(yīng)式為:GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-。

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④PCl3POCl3的相關(guān)信息如下表:

物質(zhì)

熔點(diǎn)/℃

沸點(diǎn)/℃

相對(duì)分子質(zhì)量

性質(zhì)

PCl3

-111.8

74.2

137.5

均為無(wú)色液體,遇水均劇烈水解,生成含氧酸和氯化氫,兩者互溶。

POCl3

2.0

105.3

153.5

實(shí)驗(yàn)室制取POCl3并測(cè)定產(chǎn)品純度的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:

Ⅰ.制備POCl3可用氧氣氧化液態(tài)PCl3的方法。實(shí)驗(yàn)裝置(加熱及夾持裝置省略)如下:

1裝置C中盛裝PCl3的儀器名稱為_______________________;氧氣氧化PCl3的化學(xué)方程式為_______________________________。

2儀器組裝完成后,檢查裝置B氣密性的方法是_______________________________。

3裝置B的作用有________________________________(回答兩點(diǎn))。

4裝置C的反應(yīng)溫度控制在60-65℃之間,原因是____________________________________。

Ⅱ.測(cè)定產(chǎn)品中POCl3純度的實(shí)驗(yàn)步驟:

①實(shí)驗(yàn)Ⅰ結(jié)束后,待反應(yīng)器中液體冷卻到室溫,準(zhǔn)確稱取1.3300 gPOCl3粗產(chǎn)品(雜質(zhì)不含氯元素),置于盛有50.00mL蒸餾水的燒杯中搖動(dòng)至完全水解,將水解液配成100.00mL溶液;

②取10.00mL溶液于錐形瓶中,加入30.00mL0.1200mol·L-1AgNO3標(biāo)準(zhǔn)溶液;

③加入少量硝基苯,用力搖動(dòng),靜置;

④加入指示劑,用0.1000 mol·L-1KSCN溶液滴定過(guò)量的AgNO3溶液,到達(dá)終點(diǎn)時(shí)共用去12.00mLKSCN溶液。

5滴定過(guò)程中選擇的指示劑為___________溶液。

6步驟③的目的是___________________________________________________。

7測(cè)得產(chǎn)品中POCl3的純度為__________%。

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