Question

【题目】铟(In)主要应用于透明导电图层、荧光材料、有机合成等，以ITO靶材废料(主要由In2O3、SnO2组成)为原料回收铟的工艺流程如图：

已知：i. 锡、锌的性质均与铝的性质相似.

ii. 铟不与强碱反应，氢氧化铟难与强碱性溶液反应，在较浓的氢氧化钠溶液中也只有少量溶解。

iii. Ksp[In(OH)3]=1×10-33 Ksp[Sn(OH)4]=1×10-56

(1)海绵状ITO[xIn2O3(1-x)SnO2]可作异佛尔酮二胺合成的催化剂，如图表示相同条件下，两种不同方法制得的催化剂催化异佛尔酮二胺的相对初始速率随x的变化曲线。真空蒸馏法的相对初始速率较大的原因可能是_________，In2O3、SnO2两种氧化物中，催化效果更好的是__________；

(2)酸浸时，铟的浸出率随温度和硫酸浓度的关系如表，锡的浸出率小于20%。

	30℃	50℃	70℃	90℃
3 mol/L H2SO4	56%	72%	83%	91%
4 mol/L H2SO4	68%	81%	89%	94%

①写出“浸出”反应的化学方程式：___________________________；

②由上表信息可得出规律：其他条件不变时，铟的浸出率随温度升高而_____________(填“增大”“减小”或“不变”下同)，温度越高，硫酸浓度对铟的浸出率影响__________；

(3)现有一份In2(SO4)3和Sn2(SO4)2的混合溶液，向其中逐渐加入锌粉，测得析出固体的质量随加入锌粉的物质的量关系如图所示：

该混合溶液中，In3+和Sn4+的物质的量浓度之比为_______________；

(4)若“浸酸”后的溶液中In2(SO4)3的浓度为1 mol/L，取100 mL该溶液向其中滴加氨水，当Sn4+沉淀完全[设c(Sn4+)=1×10-6 mol/L]时，溶液的pH=____________，此时In3+是否开始形成沉淀_____(填“是”或“否”)；

(5)“碱熔”时主要反应的离子方程式为___________；

(6)以粗铟为阳极，纯铟为阴极，H2SO4、NaCl和InCl3混合液为电解液可提纯粗铟。写出阴极反应的电极方程式：___________。

Answer 1

【答案】真空蒸馏法制取得到的催化剂纯度高 In2O3 In2O3+3H2SO4=In2(SO4)3+3H2O、SnO2+2H2SO4=Sn(SO4)2+2H2O 增大 减小 4：1 1.5 否 Zn+2OH-=ZnO22-+H2↑ In3++3e-=In

【解析】

ITO靶材废料(主要由In2O3、SnO2组成)用H2SO4处理，In2O3与硫酸反应产生In2(SO4)3进入溶液，而SnO2有少量反应产生Sn(SO4)2进入溶液，大部分仍以固体形式存在，过滤后除去固体SnO2，向滤液中加入Zn粉，发生反应Sn4++2Zn=Sn+2Zn2+，将反应产生的Sn过滤除去，向滤液中加入Zn粉，发生置换反应：3Zn+2In3+=3Zn2++2In，由于Zn过量，所以过滤，除去滤液，得到的滤渣中含有Zn、In，向滤渣中加入NaOH溶液，发生反应：Zn+2NaOH=Na2ZnO2+H2↑，除去过量Zn单质，得到粗In，然后电解精炼得到精铟。

(1)通过图示可知：在x不变时，真空蒸馏法的相对初始速率较大，可能原因是蒸馏法得到的催化剂中杂质少纯度高，避免了杂质对催化剂催化作用的影响； 在同样条件下，x值越大，相对初始速率越大，说明In2O3的催化效果更好；

(2)①酸浸时In2O3、SnO2与硫酸发生反应，“浸出”反应主要发生：In2O3+3H2SO4=In2(SO4)3+3H2O，此外还发生了反应：SnO2+2H2SO4=Sn(SO4)2+2H2O；

(3)在Oa段发生反应：Sn4++2Zn=Sn+2Zn2+，n(Sn4+)=n(Zn)=×0.02 mol=0.01 mol，在ab段发生反应：3Zn+2In3+=3Zn2++2In，n(In3+)=n(Zn)=×(0.08-0.02) mol=0.04 mol，溶液的体积相同，所以离子浓度比等于它们的物质的量的比，故c(In3+)：c(Sn4+)=0.04：0.01=4：1；

(4)由于Ksp[Sn(OH)4]=1×10-56，Ksp[Sn(OH)4]=c(Sn4+)·c4(OH-)=1×10-56，c(Sn4+)=1×10-6mol/L，所以c(OH-)=10-12.5，则c(H+)==10-1.5，所以此时溶液pH=1.5；由于Ksp[In(OH)3]= =1×10-33，In2(SO4)3的浓度为1 mol/L，则c(In3+)=2 mol/L，而c(OH-)=10-12.5 mol/L，c(In3+)·c3(OH-)=2×(10-12.5)3=2×10-37.5＜1×10-33，因此此时In3+不能形成沉淀；

(5) “碱熔”时NaOH与Zn反应，主要反应的离子方程式为：Zn+2OH-=ZnO22-+H2↑；

(6)以粗铟为阳极，纯铟为阴极，H2SO4、NaCl和InCl3混合液为电解液可提纯粗铟。阳极上In失去电子变为In3+进入溶液，阴极上In3+得到电子变为In单质，阴极的电极方程式为：In3++3e-=In。