Question

【題目】我國(guó)某地粉煤灰中主要含有Al2O3，除此之外還含有Ga2O3及少量Fe2O3、CaO、MgO和SiO2等物質(zhì)。已知從粉煤灰中回收鋁并提取鎵的工藝流程如下所示：

回答下列問(wèn)題：

（1）焙燒前，應(yīng)將粉煤灰與純堿粉末充分混合，其原因是____；混合焙燒時(shí)，Al2O3、Ga2O3均發(fā)生類似于SiO2的反應(yīng)，試寫出Ga2O3在此過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：____。

（2）濾渣的成分是____ ；含鋁混合液中除了大量A13+之外，還有Fe3+和少量Mg2+，由混合液制取純凈Al(OH)3的實(shí)驗(yàn)方案是_____。

（3）洗脫液中往往還有少量Fe3+，需要進(jìn)一步分離。若使Fe3+恰好完全沉淀[c(Fe3+)= l×l0-5mol·L-l]時(shí)，Ga3+濃度至少為_____mol·L-l才會(huì)開始沉淀。（已知：。）

（4）電解過(guò)程中，Ga3+與NaOH溶液反應(yīng)生成GaO2-，GaO2-在陰極放電，則電解方程式為____；電解過(guò)程中需要保持溶液為pH=11以上的原因是 ___。

Answer 1

【答案】增大反應(yīng)物接觸面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率 Ga2O3+Na2CO32NaGaO2+CO2↑ H2SiO3或H4SiO4 向混合液中加入過(guò)量NaOH，過(guò)濾，向?yàn)V液中通入足量CO2，再過(guò)濾 3.5×10-2mol/L 抑制水解，并阻止H+在陰極放電降低電解效率

【解析】

混合焙燒時(shí)，Al2O3、Ga2O3、SiO2與Na2CO3反應(yīng)，生成可溶性鹽NaAlO2、NaGaO2、Na2SiO3，CaO、MgO、Fe2O3不發(fā)生反應(yīng)；將固體溶解，MgO、Fe2O3不溶于水，CaO溶于水生成Ca(OH)2，溶液中溶質(zhì)為Ca(OH)2、NaAlO2、NaGaO2、Na2SiO3、Na2CO3；加入鹽酸后，溶液中溶質(zhì)為FeCl3、MgCl2、CaCl2、AlCl3、GaCl3、NaCl，生成的硅酸不溶，濾渣為H2SiO3或H4SiO4，然后將濾液進(jìn)行樹脂吸附，得到含鋁混合液和洗脫液，然后將洗脫液中的Fe3+除去，最終通過(guò)電解制備Ga。

（1）將粉煤灰與純堿粉末充分混合，可以增大反應(yīng)物接觸面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率；SiO2與Na2CO3固體在加熱條件下能夠生成Na2SiO3、CO2，因此Ga2O3在此過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Ga2O3+Na2CO32NaGaO2+CO2↑；

（2）由上述分析可知，濾渣為：H2SiO3或H4SiO4；Al(OH)3為兩性氫氧化物，能溶于強(qiáng)堿溶液，而Fe(OH)3、Mg(OH)2不溶于強(qiáng)堿溶液，因此可將Al元素轉(zhuǎn)化為偏鋁酸鹽，然后通入CO2制取純凈的Al(OH)3，實(shí)驗(yàn)方案為：向混合液中加入過(guò)量NaOH，過(guò)濾，向?yàn)V液中通入足量CO2，再過(guò)濾；

（3）當(dāng)c(Fe3+)恰好為l×l0-5mol·L-l時(shí)，，若此時(shí)Ga3+恰好開始沉淀，則；

（4）電解過(guò)程中，中Ga元素從+3價(jià)降低至0價(jià)，發(fā)生還原反應(yīng)生成Ga，陽(yáng)極為水失去電子生成氧氣，電解總反應(yīng)為：；屬于弱酸陰離子，能夠發(fā)生水解生成Ga(OH)3，會(huì)降低產(chǎn)率，若溶液酸度過(guò)高，則溶液中H+可能會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)生成H2，會(huì)降低陰極電解效率。