Question

【题目】我国某地粉煤灰中镓含量丰富，其主要成分以Ga2O3的形式存在，除此之外还含有A12O3、Fe3O4、SiO2等杂质。已知从粉煤灰中回收镓的艺流程如图甲所示。

信息：(i)转型液中镓以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。

回答下列问题：

(1)滤渣A中一定含有的成分是___________。

(2)“氧化”过程中加入H2O2的目的是___________，该过程中发生反应的离子方程式为___________。

(3)洗脱液中还有少量的Fe3+、Ga3+，其中Ga3+浓度为1.4×10－4mol/L，列式计算当Fe3+恰好沉淀完全时[c(Fe3+)≤1.0×10－5mol/L]，G a3+是否开始沉淀___________。

(4)流程图中两次调节pH的目的分别是___________。

(5)电解法可以提纯粗镓，具体原理如图乙所示①粗镓与电源___________极相连(填“正”或“负”)。②镓在阳极溶解生成的Ga3+与NaOH溶液反应生成GaO2－，GaO2－在阴极放电的电极反应式为___________。

Answer 1

【答案】SiO2 将Fe2+氧化为Fe3+，便于后续操作分离 2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O 当Fe3+恰好沉淀时，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+未开始沉淀 第一次调节pH是为了使Fe3+沉淀从而分离，第二次调节pH是为了将Ga3+转化为GaO2—得到转型液 正 GaO2—+3e—+2H2O==Ga+4OH—

【解析】

粉煤灰中主要成分Ga2O3，还含有A12O3、Fe3O4、SiO2等杂质，加入盐酸后，SiO2不反应，过滤留在滤渣A中，浸出液中的Fe2+被H2O2氧化，变成Fe3+,加氢氧化钠调节pH后，根据Ksp[Ga(OH3)]=1.4×10－34，Ksp[Fe(OH)3]=2.7×10－39，使Fe3+变成沉淀进行分离，第二次调节pH是为了将Ga3+转化为GaO2—得到转型液，GaO2—在阴极得电子，被还原为金属Ga。以此分析解答此题。

(1)结合上述分析滤渣A中一定含有的成分是SiO2。

(2)“氧化”过程中加入H2O2的目的是将Fe2+氧化为Fe3+，便于后续操作分离，该过程中发生反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O。

(3)当Fe3+恰好沉淀时，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+未开始沉淀。

(4) 第一次调节pH是为了使Fe3+沉淀从而分离，第二次调节pH是为了将Ga3+转化为GaO2—得到转型液；

(5)类比电解法精炼铜的原理可知，粗镓与电源正极相连，失电子，发生氧化反应，镓在阳极溶解生成的Ga3+与NaOH溶液反应生成GaO2－，GaO2－在阴极放电的电极反应式为GaO2—+3e—+2H2O==Ga+4OH—。