Question

12．鋅是一種常用金屬，鎵（Ga）的化合物氮化鎵（GaN）是制造LED的重要材料，被譽為第三代半導(dǎo)體材料．
I．鎵（Ga）是火法冶煉鋅過程中的副產(chǎn)品，鎵與鋁同主族且相鄰，化學(xué)性質(zhì)與鋁相似．
（1）Ga的原子結(jié)構(gòu)示意圖為；
（2）GaN可由Ga和NH₃在高溫條件下制取，該反應(yīng)的化學(xué)方程式2Ga+2NH₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2GaN+3H₂．
（3）下列有關(guān)鎵和鎵的化合物的說法正確的是ACD
A．常溫下，Ga可與水劇烈反應(yīng)放出氫氣
B．一定條件下，Ga可溶于鹽酸和氫氧化鈉
C．一定條件下，Ga₂O₃可與NaOH反應(yīng)生成鹽
D．Ga₂O₃可由Ga（OH）₃受熱分解得到
II．鋅的冶煉方法有火法和濕法．工業(yè)上利用鋅焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，還含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物）濕法制取金屬鋅的流程如圖所示：

已知：Fe的活潑性強于Ni
（4）ZnFe₂O₄可以寫成ZnO•Fe₂O₃，ZnFe₂O₄與H₂SO₄反應(yīng)的化學(xué)方程式為ZnFe₂O₄+4H₂SO₄═ZnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O．
（5）凈化I操作分為兩步：第一步是將溶液中少量的Fe²⁺氧化；第二步是控制溶液pH，只使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀．凈化I生成的沉淀中還含有溶液中的懸浮雜質(zhì)，溶液中的懸浮雜質(zhì)被共同沉淀的原因是Fe（OH）₃膠粒具有吸附性．
（6）凈化II中加入Zn的目的是使Cu²⁺、Ni²⁺轉(zhuǎn)化為Cu、Ni而除去．
（7）常溫下，凈化I中，如果要使c（Fe³⁺）＜10^-5 mol/L，則應(yīng)控制溶液pH的范圍為pH＞3.3．已知：K_sp[Fe（OH）₃]=8.0×10^-38；lg5=0.7．

Answer 1

分析 I．（1）Ga的原子序數(shù)為31，位于第四周期第ⅢA族；
（2）Ga和NH₃在高溫條件下反應(yīng)生成GaN和氫氣；
（3）鎵位于第ⅢA族，為活潑金屬，金屬性比Al強，以此分析其單質(zhì)和化合物的性質(zhì)；
II．（4）ZnFe₂O₄可以寫成ZnO•Fe₂O₃，酸浸時ZnFe₂O₄會生成兩種鹽，即ZnFe₂O₄與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅、硫酸鐵；
（5）根據(jù)Fe（OH）₃膠體（沉淀）具有的吸附性進行分析；
（6）鋅焙砂中含有CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物，反應(yīng)后溶液中存在銅離子，沒有凈化Ⅱ操作，電解制取的鋅會含有銅等雜質(zhì)；
（7）根據(jù)氫氧化鐵的溶度積及c（Fe³⁺）＜10^-5 mol/L計算出溶液pH．

解答 解：Ⅰ．（1）Ga的原子序數(shù)為31，位于第四周期第ⅢA族，原子結(jié)構(gòu)示意圖為，故答案為：；
（2）Ga和NH₃在高溫條件下反應(yīng)生成GaN和氫氣，反應(yīng)為2Ga+2NH₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2GaN+3H₂，
故答案為：2Ga+2NH₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2GaN+3H₂；
（3）鎵與鋁同主族且相鄰，化學(xué)性質(zhì)與鋁相似，則
A．Al與鹽酸、NaOH均反應(yīng)，則一定條件下，Ga可溶于鹽酸和氫氧化鈉，故A正確；
B．Al與水常溫不反應(yīng)，則常溫下，Ga不能與水劇烈反應(yīng)放出氫氣，故B錯誤；
C．氧化鋁可由氫氧化鋁分解生成，則Ga₂O₃可由Ga（OH）₃受熱分解得到，故C正確；
D．氧化鋁與NaOH反應(yīng)生成鹽，則一定條件下，Ga₂O₃可與NaOH反應(yīng)生成鹽，故D正確；
故答案為：ACD；
Ⅱ（4）根據(jù)信息，酸浸時ZnFe₂O₄會生成兩種鹽，這兩種鹽分別為硫酸鋅、硫酸鐵，即ZnFe₂O₄與硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅、硫酸鐵，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：ZnFe₂O₄+4H₂SO₄═ZnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O，
故答案為：ZnFe₂O₄+4H₂SO₄═ZnSO₄+Fe₂（SO₄）₃+4H₂O；
（5）因為Fe（OH）₃膠粒具有吸附性，則凈化I生成的沉淀中還含有溶液中的懸浮雜質(zhì)，
故答案為：Fe（OH）₃膠粒具有吸附性；
（6）CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物溶于酸轉(zhuǎn)化為金屬離子，凈化I后除去Fe元素，凈化II中加入Zn的目的是使Cu²⁺、Ni²⁺轉(zhuǎn)化為Cu、Ni而除去，
故答案為：使Cu²⁺、Ni²⁺轉(zhuǎn)化為Cu、Ni而除去；
（7）由K_sp[Fe（OH）₃]=8.0×10^-38，要使c（Fe³⁺）＜10^-5 mol/L，則c（OH^-）＞$\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，故答案為：pH＞3.3．

點評 本題考查較綜合，涉及混合物分離提純綜合應(yīng)用及金屬單質(zhì)及化合物的性質(zhì)，為高頻考點，把握物質(zhì)的性質(zhì)、發(fā)生的反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與遷移應(yīng)用能力的考查，注重反應(yīng)原理及實驗?zāi)芰Φ暮粚�，題目難度不大．