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镓(31Ga)、锗(32Ge)都是重要的稀有金属,在化学催化剂、半导体材料、新能...

镓(31Ga)、锗(32Ge)都是重要的稀有金属,在化学催化剂、半导体材料、新能源等领域应用广泛,可从锗煤燃烧后的粉煤灰(含 Ga2O3GeO2SiO2Al2O3)中提取, 部分流程如下:

已知:

物质

GaCl3

GeCl4

AlCl3

沸点/

201

84

183(升华)

 

1)滤渣的主要成分为_____

2)①中发生的反应有 Al2O3+6H+=2Al3++3H2OGa2O3+6H+=2Ga3++3H2O _____

3)操作 a 的名称是_____,②中控制温度的范围是_____(填字母序号)。

a20~84    b84~183    c84~201

4)④中发生反应的化学方程式是__________________________________________

5)镓能与沸水剧烈反应生成氢气,锗在加热条件下与盐酸或稀硫酸不反应。从原子结构角度解释其原因:______________________

6)用浓盐酸酸化的磷酸三丁酯(TBP)可以从残液中萃取 Ga3+,相关反应为:TBP+GaCl3+HCl TBPH+·GaCl。用稀 NaOH 溶液对有机相进行反萃取,用盐酸调节反萃取液 pH 5~6,然后升温至 85~95℃水解得到 Ga(OH)3,经后续处理得到粗镓。结合化学用语解释用稀 NaOH 溶液对有机相进行反萃取的原因:_________________

7)电解法可以提纯粗镓,具体原理如图所示。镓在阳极溶解生成的 Ga3+ NaOH 溶液反应生成 GaO GaO 在阴极放电的电极反应式是_____________________

 

SiO2 GeO2+4H++4Cl-=GaCl4+2H2O 蒸馏 b GeO2+2H2Ge+2H2O 镓和锗均为第4周期的主族元素,镓的最外层电子数为3,锗的最外层电子数为4,故镓的金属性较强,锗的金属性较弱 当向有机层加入用稀 NaOH 溶液,NaOH可以与HCl发生中和反应,从而使化学平衡TBP+GaCl3+HCl TBPH+·GaCl向逆反应方向移动,故可对有机相进行反萃取 GaO+3e- +2H2O=Ga+4OH- 【解析】 由流程可知,粉煤灰经浓盐酸浸取,过滤后的滤液中经蒸馏,分离出四氯化锗,将四氯化锗与水混合搅拌24h,可以发生水解得到GeO2,最后GeO2被氢气还原为Ge。 (1)粉煤灰中的SiO2不与盐酸反应,所以,滤渣的主要成分为SiO2。 (2)由题中信息可知,Ga2O3、GeO2、Al2O3皆可溶于盐酸,所以,①中发生的反应有Al2O3+6H+=2Al3++3H2O、Ga2O3+6H+=2Ga3++3H2O和GeO2+4H++4Cl-=GaCl4+2H2O。 (3)由题中信息可知,四氯化锗的沸点较低,操作 a 需要控制温度,故其为蒸馏,蒸馏时要防止氯化镓和氯化铝气化,故②中控制温度的范围是84~183℃ ,答案选b。 (4)④中GeO2被氢气还原为Ge,发生反应的化学方程式是GeO2+2H2Ge+2H2O。 (5)镓能与沸水剧烈反应生成氢气,锗在加热条件下与盐酸或稀硫酸不反应。从原子结构角度解释其原因:镓和锗均为第4周期的主族元素,镓的最外层电子数为3,锗的最外层电子数为4,故镓的金属性较强,锗的金属性较弱。 (6)用浓盐酸酸化的磷酸三丁酯(TBP)可以从残液中萃取Ga3+,相关反应为:TBP+GaCl3+HClTBPH+·GaCl。根据平衡移动原理可知,当向有机层加入用稀 NaOH 溶液,NaOH可以与HCl发生中和反应,从而使化学平衡TBP+GaCl3+HClTBPH+·GaCl向逆反应方向移动,故可对有机相进行反萃取。 (7)电解法可以提纯粗镓,镓在阳极溶解生成的Ga3+与 NaOH 溶液反应生成 GaO,GaO在阴极放电生成Ga,其电极反应式是GaO+3e-+2H2O=Ga+4OH-。  
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考点分析:
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金属冶炼、电镀、电路板生产等过程会产生大量的 Cu2+Cu2+是一种重金属离子,严重影响水生动植物的生长发育,对人体健康也有很大危害,必须经过处理达标后方可排放。某电路板生产企业的水质情况及国家允许排放的污水标准如下表:

项目

废水水质

排放标准

pH

1.0

6~9

Cu2+(mg/L)

1470

≤0.5

氨氮(mg/L)

2632

≤15

 

.为研究上述废水中 Cu2+的处理方法并实现 Cu 的资源化回收,有研究者进行了如下实验: 向一定体积的废水中加入一定量废铁屑和焦炭粉,置于搅拌器上搅拌 90min、静置,经分析测得上清液中铜含量约为 72mg/L;滤出上清液,向滤液中加入一定量 FeS 固体,充分搅拌后静置,经分析测得其中铜含量已经达标。

(1)在 pH=1.0 的废水中,氨氮的主要存在形式是_____(用化学式表示)。

(2)①加入废铁屑后,废水中的铜含量明显减少,反应的离子方程式是_____

②加入焦炭可以加快反应速率,原因是_________________________________

(3)结合化学用语解释加入 FeS 固体使废水达标的原因_________________________

(4)在处理废水过程中使用的铁粉会因表面布满一层铜膜而失效,因此要对失效的铁粉进行活化处理,同时回收铜。处理方法为:用一定浓度的氨水浸泡包覆铜膜的铁粉,露置在空气中一段时间后,可以将表面的 Cu 转化为[Cu(NH3)4]2+与铁粉分离。

请写出 Cu 转化为 [Cu(NH3)4]2+的离子方程式:_____

Ⅱ为研究废水处理的最佳 pH,取五份等量的 I 中上清液, 分别用 30% NaOH 溶液调节 pH 值至 8.599.51011,静置后,分析上层清液中铜元素的含量。实验结果如图所示。查阅资料可知:Cu(OH)2 + 4NH3 [Cu(NH3)4]2+ + 2OH-

(5)根据实验结果,你认为最佳的 pH 约为_____________________________。结合资料解释实验结果呈图中 b~d 段曲线所示的原因:_________________________

 

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硼酸(H3BO3)是一种重要的化工原料,广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一种以硼镁矿(含 Mg2B2O5·H 2OSiO2 及少量 Fe2O3Al2O3)为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下:

H3BO3+H2O H++B(OH)Ka = 5.81×10 −10

1吸收过程中反应的化学方程式为_________________________________

2滤渣 1”的主要成分有_____

3)为检验过滤 1”后的滤液中是否含有 Fe3+离子,可选用的化学试剂是____________________________

4)在过滤 2”前,将溶液 pH 调节至 3.5,目的是_____

5)在沉镁中生成 Mg(OH)2·MgCO3 沉淀的离子方程式为________________________________________________

 

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在药物制剂中,抗氧剂与被保护的药物在与发生反应时具有竞争性,抗氧性强弱主要取决于其氧化反应的速率。是三种常用的抗氧剂。下列说法中,不正确的是

已知:溶于水发生反应:

实验用品

实验操作和现象

溶液

溶液

溶液

实验1:溶液①使紫色石蕊溶液变蓝,溶液②使之变红。

实验2:溶液①与反应,保持体系中浓度不变,不同pH条件下,随反应时间变化如图所示。

实验3:调溶液①②③的pH相同,保持体系中浓度不变,测得三者与的反应速率相同。

 

A.溶液显碱性,原因是:

B.溶液中的电离程度大于水解程度

C.实验2说明,时抗氧性最强

D.实验3中,三种溶液在pH相同时起抗氧作用的微粒种类和浓度相同,因此反应速率相同

 

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3 个体积均为 2.0 L 的恒容密闭容器中,反应H2O(g) + C(s)CO(g) + H2(g) ΔH > 0分别在一定温度下达到化学平衡状态。下列说法正确的是

 

容器

温度

T1>T2

起始时物质的量/mol

平衡时物质的量/mol

n(H2O)

n(C)

n(CO)

n(H2)

n(CO)

I

T1

0.5

1

0

0

0.25

II

T1

1

1

0

0

x

III

T2

0

0

0.5

0.5

y

 

 

A.当温度为 T1时,该反应的化学平衡常数值为 0.25

B. 5min 后容器 I 中达到平衡,则 5min 内的平均反应速率:v(H2) = 0.05mol·L-1·min-1

C.达到平衡时,容器 II H2O的转化率比容器 I 中的小

D.达到平衡时,容器 III 中的 CO 的转化率小于 50%

 

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在大试管内将足量NaHCO3加热到 200℃,将产生的混合气体通入到盛有1.87 g Na2ONa2O2的密闭容器中,待Na2ONa2O2全部反应后,得到标准状况下224 mL O2;再将反应后密闭容器内的固体全部溶于水配成 100 mL 溶液。下列说法正确的是

A.Na2ONa2O2 均为碱性氧化物

B.参加反应的NaHCO3物质的量为 0.04 mol

C.反应过程中总共转移 0.04 mol 电子

D.配成的 100 mL 溶液中 c(Na+) = 0.5 mol/L

 

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