Question

（14分）锌是一种常用金属，冶炼方法有火法和湿法。

I．镓（Ga）是火法冶炼锌过程中的副产品，镓与铝同主族且相邻，化学性质与铝相似。氮化镓（GaN）是制造LED的重要材料，被誉为第三代半导体材料。

（1）Ga的原子结构示意图为____________________。

（2）GaN可由Ga和NH₃在高温条件下合成，该反应的化学方程式为______________

（3）下列有关镓和镓的化合物的说法正确的是____________________（填字母序号）。

A．一定条件下，Ga可溶于盐酸和氢氧化钠

B．常温下，Ga可与水剧烈反应放出氢气

C．Ga₂O₃可由Ga(OH)₃受热分解得到

D．一定条件下，Ga₂O₃可与NaOH反应生成盐

II．工业上利用锌焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，还含有少量CaO、FeO、CuO、NiO等氧化物）湿法制取金属锌的流程如图所示，回答下列问题：

已知：Fe的活泼性强于Ni

（4）ZnFe₂O₄可以写成ZnO·Fe₂O₃，写出ZnFe₂O₄与H₂SO₄反应的化学方程式_______________________。

（5）净化I操作分为两步：第一步是将溶液中少量的Fe²⁺氧化；第二步是控制溶液pH，只使Fe³⁺转化为Fe(OH)₃沉淀。净化I生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是_____________________________________________________。

（6）净化II中加入Zn的目的是______________________________________________。

（7）常温下，净化I中，如果要使c(Fe³⁺) < 10^-5 mol/L，则应控制溶液pH的范围为_______________________。已知：K_sp[Fe(OH)₃] = 8.0 × 10^-38；lg5 = 0.7

Answer

（1）（2分）；（2）2Ga+2NH32GaN+3H2(2分，条件不写扣1分)；

（3）ACD（2分，少选得1分，有错误选项得0分）；

（4）ZnFe2O4+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O（2分）；（5）Fe(OH)3胶粒具有吸附性（2分）；

（6）使Cu2+、Ni2+转化为Cu、Ni而除去（2分）；（7）pH>3.3

【解析】

试题分析：（1）31号元素Ga的原子结构示意图为；（2）GaN可由Ga和NH3在高温条件下合成，根据题意可知Ga和NH3反应产生GaN和氢气，该反应的化学方程式为2Ga+2NH32GaN+3H2；（3）A．在元素周期表中，镓位于金属与非金属交界区，具有两性，所以一定条件下，Ga可溶于盐酸和氢氧化钠，错误；B．元素的性质是逐步递变的，由于镓位于金属与非金属交界区，所以常温下，Ga不可能与水剧烈反应放出氢气，错误；C．Ga(OH)3性质类似Al(OH)3，难溶于水，不稳定，受热分解，所以Ga2O3可由Ga(OH)3受热分解得到，正确；D．Ga2O3类似Al2O3，具有两性，所以Ga2O3可与NaOH反应生成盐，正确。选项是ACD；（4）ZnFe2O4可以写成ZnO·Fe2O3，金属氧化物与酸反应产生盐和水，所以ZnFe2O4与H2SO4反应的化学方程式是ZnFe2O4+4H2SO4=ZnSO4+Fe2(SO4)3+4H2O；（5）净化I操作分为两步：第一步是将溶液中少量的Fe2+氧化；第二步是控制溶液pH，只使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀。净化I生成的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是Fe3+会发生水解反应产生Fe(OH)3胶体，胶体表面积大，吸附力强，可以吸附水中悬浮的固体，当重力大于浮力时就形成，从而达到净化水的目的。（6）由于金属性Zn>Ni>Cu，所以加入Zn，就可以与溶液中的Ni2+、Cu2+发生置换反应，净化II中加入Zn的目的是使Cu2+、Ni2+转化为Cu、Ni而除去；（7）Ksp[Fe(OH)3] = 8.0 × 10-38,常温下，净化I中，如果要使c(Fe3+) < 10-5 mol/L，则c(OH-)3=8.0 × 10-38÷10-5= 8.0 ×10-33，所以c(OH-)=2×10-11，则c(H+)=10-14÷2×10-11=5×10-4,因此pH>3.3。

考点：考查原子结构示意图的书写、元素周期表元素周期律的知识、盐的水解、沉淀溶解平衡常数的应用、物质化学性质的方程式的表示的知识。