Question

12．锌是一种常用金属，镓（Ga）的化合物氮化镓（GaN）是制造LED的重要材料，被誉为第三代半导体材料．
I．镓（Ga）是火法冶炼锌过程中的副产品，镓与铝同主族且相邻，化学性质与铝相似．
（1）Ga的原子结构示意图为；
（2）GaN可由Ga和NH₃在高温条件下制取，该反应的化学方程式2Ga+2NH₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2GaN+3H₂．
（3）下列有关镓和镓的化合物的说法正确的是ACD
A．常温下，Ga可与水剧烈反应放出氢气
B．一定条件下，Ga可溶于盐酸和氢氧化钠
C．一定条件下，Ga₂O₃可与NaOH反应生成盐
D．Ga₂O₃可由Ga（OH）₃受热分解得到
II．锌的冶炼方法有火法和湿法．工业上利用锌焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，还含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物）湿法制取金属锌的流程如图所示：

已知：Fe的活泼性强于Ni
（4）ZnFe₂O₄可以写成ZnO•Fe₂O₃，ZnFe₂O₄与H₂SO₄反应的化学方程式为ZnFe₂O₄+4H₂SO₄═ZnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O．
（5）净化I操作分为两步：第一步是将溶液中少量的Fe²⁺氧化；第二步是控制溶液pH，只使Fe³⁺转化为Fe（OH）₃沉淀．净化I生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是Fe（OH）₃胶粒具有吸附性．
（6）净化II中加入Zn的目的是使Cu²⁺、Ni²⁺转化为Cu、Ni而除去．
（7）常温下，净化I中，如果要使c（Fe³⁺）＜10^-5 mol/L，则应控制溶液pH的范围为pH＞3.3．已知：K_sp[Fe（OH）₃]=8.0×10^-38；lg5=0.7．

Answer 1

分析 I．（1）Ga的原子序数为31，位于第四周期第ⅢA族；
（2）Ga和NH₃在高温条件下反应生成GaN和氢气；
（3）镓位于第ⅢA族，为活泼金属，金属性比Al强，以此分析其单质和化合物的性质；
II．（4）ZnFe₂O₄可以写成ZnO•Fe₂O₃，酸浸时ZnFe₂O₄会生成两种盐，即ZnFe₂O₄与硫酸反应生成硫酸锌、硫酸铁；
（5）根据Fe（OH）₃胶体（沉淀）具有的吸附性进行分析；
（6）锌焙砂中含有CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物，反应后溶液中存在铜离子，没有净化Ⅱ操作，电解制取的锌会含有铜等杂质；
（7）根据氢氧化铁的溶度积及c（Fe³⁺）＜10^-5 mol/L计算出溶液pH．

解答 解：Ⅰ．（1）Ga的原子序数为31，位于第四周期第ⅢA族，原子结构示意图为，故答案为：；
（2）Ga和NH₃在高温条件下反应生成GaN和氢气，反应为2Ga+2NH₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2GaN+3H₂，
故答案为：2Ga+2NH₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2GaN+3H₂；
（3）镓与铝同主族且相邻，化学性质与铝相似，则
A．Al与盐酸、NaOH均反应，则一定条件下，Ga可溶于盐酸和氢氧化钠，故A正确；
B．Al与水常温不反应，则常温下，Ga不能与水剧烈反应放出氢气，故B错误；
C．氧化铝可由氢氧化铝分解生成，则Ga₂O₃可由Ga（OH）₃受热分解得到，故C正确；
D．氧化铝与NaOH反应生成盐，则一定条件下，Ga₂O₃可与NaOH反应生成盐，故D正确；
故答案为：ACD；
Ⅱ（4）根据信息，酸浸时ZnFe₂O₄会生成两种盐，这两种盐分别为硫酸锌、硫酸铁，即ZnFe₂O₄与硫酸反应生成硫酸锌、硫酸铁，反应的化学方程式为：ZnFe₂O₄+4H₂SO₄═ZnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O，
故答案为：ZnFe₂O₄+4H₂SO₄═ZnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
（5）因为Fe（OH）₃胶粒具有吸附性，则净化I生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，
故答案为：Fe（OH）₃胶粒具有吸附性；
（6）CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物溶于酸转化为金属离子，净化I后除去Fe元素，净化II中加入Zn的目的是使Cu²⁺、Ni²⁺转化为Cu、Ni而除去，
故答案为：使Cu²⁺、Ni²⁺转化为Cu、Ni而除去；
（7）由K_sp[Fe（OH）₃]=8.0×10^-38，要使c（Fe³⁺）＜10^-5 mol/L，则c（OH^-）＞$\root{3}{\frac{8.0×1{0}^{-38}}{1{0}^{-5}}}$=2×10^-11mol/L，c（H⁺）＜$\frac{1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-11}}$=5×10^-4mol/L，所以pH＞4-lg5=3.3，故答案为：pH＞3.3．

点评 本题考查较综合，涉及混合物分离提纯综合应用及金属单质及化合物的性质，为高频考点，把握物质的性质、发生的反应为解答的关键，侧重分析与迁移应用能力的考查，注重反应原理及实验能力的夯实，题目难度不大．