Question

【題目】我國某地粉煤灰中鎵含量豐富，其主要成分以Ga2O3的形式存在，除此之外還含有A12O3、Fe3O4、SiO2等雜質。已知從粉煤灰中回收鎵的藝流程如圖甲所示。

信息：(i)轉型液中鎵以GaO2－的形式存在；

(ii)Ksp[Ga(OH3)]=1.4×10－34，Ksp[Fe(OH)3]=2.7×10－39，Ksp[Fe(OH)2]=4.87×10－17。

回答下列問題：

(1)濾渣A中一定含有的成分是___________。

(2)“氧化”過程中加入H2O2的目的是___________，該過程中發生反應的離子方程式為___________。

(3)洗脫液中還有少量的Fe3+、Ga3+，其中Ga3+濃度為1.4×10－4mol/L，列式計算當Fe3+恰好沉淀完全時[c(Fe3+)≤1.0×10－5mol/L]，G a3+是否開始沉淀___________。

(4)流程圖中兩次調節pH的目的分別是___________。

(5)電解法可以提純粗鎵，具體原理如圖乙所示①粗鎵與電源___________極相連(填“正”或“負”)。②鎵在陽極溶解生成的Ga3+與NaOH溶液反應生成GaO2－，GaO2－在陰極放電的電極反應式為___________。

Answer 1

【答案】SiO2 將Fe2+氧化為Fe3+，便于后續操作分離 2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O 當Fe3+恰好沉淀時，溶液中c3(OH－)=Ksp[Fe(OH)3]/c(Fe3+)=2.7×10-39/1.0×10-5mol3/L3=2.7×10-34mol3/L3,Qc[Ga(OH)3]=c(Ga3+)c3(OH－)=1.4×10-4mol/L×2.7×10-34mol3/L3 =3.78×10-38＜Ksp[Ga(OH)3]，故Ga3+未開始沉淀 第一次調節pH是為了使Fe3+沉淀從而分離，第二次調節pH是為了將Ga3+轉化為GaO2—得到轉型液 正 GaO2—+3e—+2H2O==Ga+4OH—

【解析】

粉煤灰中主要成分Ga2O3，還含有A12O3、Fe3O4、SiO2等雜質，加入鹽酸后，SiO2不反應，過濾留在濾渣A中，浸出液中的Fe2+被H2O2氧化，變成Fe3+,加氫氧化鈉調節pH后，根據Ksp[Ga(OH3)]=1.4×10－34，Ksp[Fe(OH)3]=2.7×10－39，使Fe3+變成沉淀進行分離，第二次調節pH是為了將Ga3+轉化為GaO2—得到轉型液，GaO2—在陰極得電子，被還原為金屬Ga。以此分析解答此題。

(1)結合上述分析濾渣A中一定含有的成分是SiO2。

(2)“氧化”過程中加入H2O2的目的是將Fe2+氧化為Fe3+，便于后續操作分離，該過程中發生反應的離子方程式為2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O。

(3)當Fe3+恰好沉淀時，溶液中c3(OH－)=Ksp[Fe(OH)3]/c(Fe3+)=2.7×10-39/1.0×10-5mol3/L3=2.7×10-34mol3/L3，Qc[Ga(OH)3]=c(Ga3+)c3(OH－)=1.4×10-4mol/L×2.7×10-34mol3/L3 =3.78×10-38＜Ksp[Ga(OH)3]，故Ga3+未開始沉淀。

(4) 第一次調節pH是為了使Fe3+沉淀從而分離，第二次調節pH是為了將Ga3+轉化為GaO2—得到轉型液；

(5)類比電解法精煉銅的原理可知，粗鎵與電源正極相連，失電子，發生氧化反應，鎵在陽極溶解生成的Ga3+與NaOH溶液反應生成GaO2－，GaO2－在陰極放電的電極反應式為GaO2—+3e—+2H2O==Ga+4OH—。