Question

【題目】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，被譽為第三代半導體材料。

I．鎵（Ga）是火法冶煉鋅過程中的副產品，鎵與鋁同主族且相鄰，化學性質與鋁相似。

⑴Ga的原子結構示意圖為 ___________________。

⑵GaN可由Ga和NH3在高溫條件下制取，該反應的化學方程式 。

⑶下列有關鎵和鎵的化合物的說法正確的是____ 。

A．常溫下，Ga可與水劇烈反應放出氫氣

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

⑷ZnFe2O4可以寫成ZnO·Fe2O3，ZnFe2O4與H2SO4反應的化學方程式為 。

⑸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，溶液中的懸浮雜質被共同沉淀的原因是____________________。

⑹凈化II中加入Zn的目的是___________________。

⑺常溫下，凈化I中，如果要使c(Fe3+) < 10-5 mol/L，則應控制溶液pH的范圍為_____________。已知：Ksp[Fe(OH)3] = 8.0 × 10-38；lg5 = 0.7

Answer 1

【答案】Ⅰ.（1） ；

（2） 2Ga + 2NH3 2 GaN + 3H2 ；

（3） BCD；Ⅱ.（4）ZnFe2O4 + 4H2SO4ZnSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O ；

（5）Fe(OH)3膠粒具有吸附性；

（6）使Cu2+、Ni2+轉化為Cu、Ni而除去；（7）pH >3.3。

【解析】

試題分析：（1）鎵是31號元素，第IIIA族元素，原子結構示意圖為：；(2)GaN可由Ga和NH3在高溫條件下制取，其反應方程式為：2Ga + 2NH3 2 GaN + 3H2；（3）A、Ga跟鋁屬于同主族，和鋁性質具有相似性，Ga(OH)3不溶于水，因此和水反應不劇烈，故錯誤；B、根據鋁的性質，進行推測，故正確；C、氧化鋁表形兩性，Ga和Al屬于同主族，性質具有相似，故正確；D、氫氧化鋁受熱分解成氧化鋁和水，因此Ga(OH)3受熱分解為Ga2O3，故正確；(4)ZnO和硫酸反應生成ZnSO4和水，Fe2O3和硫酸反應生成Fe2(SO4)3和水，因此反應方程式為：ZnFe2O4 + 4H2SO4ZnSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O ；（5）Fe(OH)3膠粒具有吸附性；（6）根據含有雜質以及凈化I中沉淀為Fe(OH)3，溶液中含有Cu2＋和Ni2＋，因此加入鋅的目的利用鋅的金屬性強，把Cu和Ni置換出，而除去；（7）假設c(Fe3＋)=10－5mol·L－1，根據Ksp=c(Fe3＋)×c3(OH－)，解得c(OH－)=2×10－11mol·L－1，根據水的離子積，c(H＋)=5×10－4mol·L－1，因此pH=3.3，控制pH的范圍是pH>3.3。