（4）操作D得到晶体，涉及操作为：
蒸发浓缩，冷却结晶过滤、洗涤、干燥；
（5）①阴极上GaO2-发生还原反应生成Ga，电极方程式为GaO2-+2H2O+3e-=Ga+4OH-。
【习题4】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]，Ga3+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___________________。
【答案】
（1）SiO2
（2）将Fe2+氧化为Fe3+，便于后续操作分离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）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。
（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—
。
【习题5】三氧化二铟（In2O3）是一种透明的导电材料，可运用于接触屏、液晶显示器等高科技领域；铟产业被称为“信息时代的朝阳产业”。
利用水铟矿[主要成分In（OH）3，常温下Ksp[In（OH）3]=l.41×10-33]制备In2O3的工艺流程如下：
（1）写出水铟矿被硫酸酸浸的离子方程式_____________________________。
（2）从硫酸铟溶液中制备硫酸铟晶体的实验步骤：
______________、_______________、过滤、洗涤、干燥。
（3）某研究机构用硫酸提取铟时，酸度（每升溶液中含硫酸的质量）与浸出率关系如图
①当酸度为196时，硫酸物质的量浓度为_____________________。
②请选择适宜的酸度值：
_________________，并说明选择的理由______________________________。
【答案】
（1）In（OH）3+3H+==In3++H2O
（2）蒸发浓缩冷却结晶
（3）①2mol/L②180酸度值为180时浸出率已经很高，继续增大酸度浸出率变化不大，但会增大生产成本
【解析】
将主要成分为In（OH）3的水铟矿溶解于稀硫酸，根据酸碱中和原理得到硫酸铟的溶液，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤并洗涤、干燥得到硫酸铟晶体，将所得晶体与稀硫酸混合后电解可得到粗铟，再用NaOH溶液为电解液，进行粗铟精炼临到高纯铟，最后将高纯铟溶解于稀硝酸，并通过加热促进硝酸铟分解可得到In2O3；
（1）In（OH）3溶解于稀硫酸，发生反应的离子方程式为In（OH）3+3H+=In3++3H2O；
（2）从硫酸铟的溶液中获得硫酸铟晶体的方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥；
（3）①酸度为196时，说明1L溶液中硫酸的质量为196g，硫酸的物质的量为
=2mol，则硫酸的物质的量浓度为2mol/L；
②由图象可以看出，当酸度为180时，浸出率已经很高，且变化已不大，从节约原料和浸出率考虑，适宜的酸度为180。
【习题6】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]=1×10-33Ksp[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℃
3mol/LH2SO4
56%
72%
83%
91%
4mol/LH2SO4
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1mol/L，取100mL该溶液向其中滴加氨水，当Sn4+沉淀完全[设c（Sn4+）=1×10-6mol/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：
_______________________________________。
【答案】
（1）真空蒸馏法制取得到的催化剂纯度高In2O3
（2）①In2O3+3H2SO4=In2（SO4）3+3H2O、SnO2+2H2SO4=Sn（SO4）2+2H2O②增大减小
（3）4：
1
（4）1.5否
（5）Zn+2OH-=ZnO22-+H2↑
（6）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）=
×0.02mol=0.01mol，在ab段发生反应：
3Zn+2In3+=3Zn2++2In，n（In3+）=
n（Zn）=
×（0.08-0.02）mol=0.04mol，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1mol/L，则c（In3+）=2mol/L，而c（OH-）=10-12.5mol/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。
【习题7】氮化镓（GaN）被称为第三代半导体材料，其应用取得了突破性的进展。
一种镍催化法生产GaN的工艺如图：
（1）“热转化”时Ga转化为GaN的化学方程式是_________________________。
（2）“酸浸”的目的是_________________________，“操作Ⅰ”中包含的操作是____________________。
某学校化学兴趣小组在实验室利用图装置模拟制备氮化镓：
（3）仪器X中的试剂是_______________，仪器Y的名称是_______________，装置G的作用是__________。
（4）加热前需先通入一段时间的H2，原因是_________________________。
（5）取某GaN样品m克溶于足量热NaOH溶液，发生反应GaN+OH﹣+H2O
GaO2-+NH3↑，用H3BO2溶液将产生的NH3完全吸收，滴定吸收液时消耗浓度为cmol/L的盐酸VmL，则样品的纯度是__________。
（已知：
NH3+H3BO3=NH3•H3BO3；NH3•H3BO3+HCl=NH4Cl+H3BO3）
（6）科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统，成功地实现了用CO2和H2O合成CH4，请写出铜极的电极反应式___________________________________。
【答案】
（1）2Ga+2NH3
2GaN+3H2
（2）除去GaN中混有的少量Ni过滤、洗涤、干燥
（3）浓氨水球形干燥管除去未反应完的NH3，防止污染空气
（4）排除装置中的空气，避免空气与镓反应产物不纯，防止氢气与氧气爆炸
（5）
%
（6）CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O
【解析】
（1）Ga和NH3在高温条件下反应生成GaN和H2，反应方程式为2Ga+2NH3
2GaN+3H2；
（2）“酸浸”的目的是除去GaN中混有的少量Ni，“操作Ⅰ”中包含的操作是过滤、洗涤、干燥；
（3）仪器X中的试剂是浓氨水，将氨水滴入盛有CaO的烧瓶中发生反应制取NH3，仪器Y的名称是球形干燥管，盛有碱石灰，作用是干燥氨气；装置G的作用是吸收过量的氨气，防止污染环境；
（4）加热前需先通入一段时间的H2，原因是排出空气，防止金属被氧化，同时防止氢气与氧气混合气体点燃爆炸；
（5）由GaN+OH-+H2O
GaO2-+NH3↑、NH3+H3BO3=NH3•H3BO3、NH3•H3BO3+HCl=NH4Cl+H3BO3，可知n（GaN）=n（HCl），则样品的纯度是
×100%=
%；
（6）根据图示可知：
Cu是正极，正极上CO2得电子和H+反应生成CH4，因此正极的电极反应式为：
CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。
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