考法01 物質(zhì)分離提純類工藝流程題
1. (2024·廣東卷)鎵()在半導(dǎo)體、記憶合金等高精尖材料領(lǐng)域有重要應(yīng)用。一種從電解鋁的副產(chǎn)品炭渣(含和少量的等元素)中提取鎵及循環(huán)利用鋁的工藝如下。
工藝中，是一種新型陰離子交換膜，允許帶負(fù)電荷的配離子從高濃度區(qū)擴(kuò)散至低濃度區(qū)。用提取金屬離子的原理如圖。已知：
①。
②(冰晶石)的為。
③浸取液中，和以微粒形式存在，最多可與2個(gè)配位，其他金屬離子與的配位可忽略。
（1）“電解”中，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______。
（2）“浸取”中，由形成的離子方程式為_______。
（3）“還原”的目的：避免_______元素以_______(填化學(xué)式)微粒的形式通過，從而有利于的分離。
（4）“提取”中，原料液的濃度越_______，越有利于的提??；研究表明，原料液酸度過高，會(huì)降低的提取率。因此，在不提高原料液酸度的前提下，可向I室中加入_______(填化學(xué)式)，以進(jìn)一步提高的提取率。
（5）“調(diào)”中，至少應(yīng)大于_______，使溶液中，有利于配離子及晶體的生成。若“結(jié)晶”后溶液中，則濃度為_______。
（6）一種含、、元素的記憶合金的晶體結(jié)構(gòu)可描述為與交替填充在構(gòu)成的立方體體心，形成如圖所示的結(jié)構(gòu)單元。該合金的晶胞中，粒子個(gè)數(shù)最簡比_______，其立方晶胞的體積為_______。
【答案】（1）2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑
（2）Ga3++4Cl-=[GaCl4]-
（3） ①. 鐵 ②. [FeCl6]3-
（4） ①. 高 ②. NaCl
（5） ①. 3.2 ②. 4.0×10-7
（6） ①. 2:1:1 ②. 8a3
【解析】
【分析】電解鋁的副產(chǎn)品炭渣(含C、Na、Al、F和少量的Ga、Fe、K、Ca等元素)進(jìn)行焙燒，金屬轉(zhuǎn)化為氧化物，焙燒后的固體加入鹽酸浸取，浸取液加入鋁片將Fe3+進(jìn)行還原，得到原料液，原料液利用LAEM提取，[GaCl4]-通過交換膜進(jìn)入II室并轉(zhuǎn)化為Ga3+，II室溶液進(jìn)一步處理得到鎵，I室溶液加入含F(xiàn)-的廢液調(diào)pH并結(jié)晶得到NaAlF6晶體用于電解鋁；
【小問1詳解】
“電解”是電解熔融的氧化鋁冶煉鋁單質(zhì)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑；
【小問2詳解】
“浸取”中，由Ga3+形成[GaCl4]-的離子方程式為Ga3++4Cl-=[GaCl4]-；
【小問3詳解】
由已知，浸取液中，Ga(III)和Fe(III)以[MClm](m-3)(m=0~4)微粒形式存在，為了避免鐵元素以[FeCl6]3-的微粒形式通過LAEM，故要加入鋁片還原Fe3+，從而有利于Ga的分離；
【小問4詳解】
“LAEM提取”中，原料液的Cl-濃度越高，更有利于生成[GaCl4]-的反應(yīng)正向移動(dòng)，更有利于Ga的提取，在不提高原料液酸度的前提下，同時(shí)不引入新雜質(zhì)，可向I室中加入NaCl，提高Cl-濃度，進(jìn)一步提高Ga的提取率；
【小問5詳解】
由pKa(HF)=3.2，Ka(HF)==10-3.2，為了使溶液中c(F-)>c(HF)，c(H+)=×10-3.2

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