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金属镓(31Ga)是一种广泛应用于电子工业的重要金属,其化学性质与铝相似[高三][化学]

2021-07-03   答题:高三化学(陆老师)

【题目】金属镓(31Ga)是一种广泛应用于电子工业的重要金属,其化学性质与铝相似。

(1)工业上利用Ga与NH3合成固体半导体材料氮化镓(GaN)同时有氢气生成。反应中消耗1molNH3放出15.4kJ的热量。

①该反应的热化学方程式为____________________________;其平衡常数表达式为_____________

②氮化镓(GaN)性质稳定,但能缓慢的溶解在热的NaOH溶液中,该反应的离子方程式是_________________________

③0.1mol/L的氨水中加入少量的NH4Cl固体,溶液的pH_________(填“升高”或“降低”);若加入少量明矾,溶液中NH4+的浓度___________(填“增大”或“减小”)。

(2)将一块镓铝合金完全溶于烧碱溶液中得到X溶液。已知:Al(OH)3、Ga(OH)3的酸式电离常数分别为2×10-11、1×10-7,则往X溶液中缓缓通入CO2,最先析出的氢氧化物是______

(3)工业上以电解精炼法提炼镓的原理如下:以待提纯的粗镓(内含Zn、Fe、Cu杂质)在阳极溶解,通过某种离子迁移技术到达阴极并在阴极放电析出高纯镓。

①已知离子氧化性顺序为:Zn2+2+2+2+,电解精炼镓时阳极泥的成分是_____________

②GaO2-在阴极放电的电极方程式是________________________

 

【答案】  2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)  △H=-30.8kJ/mol  K=c3(H2)/c2(NH3)  GaN+H2O+OH-NH3↑+GaO2-  降低  增大  Al(OH)3  Fe、Cu  GaO2-+3e-+H2O=Ga+4OH-

【解析】1①反应中消耗1mol NH3放出15.4kJ的热量因此该反应的热化学方程式为2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)  H=30.8kJ/mol化学平衡常数是在一定条件下,当可逆反应达到平衡状态时,生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值根据方程式可知平衡常数表达式为K=c3(H2)/c2(NH3)②氮化镓能缓慢的溶解在热的NaOH溶液中根据镓的性质与铝类似可知该反应的离子方程式是GaN+H2O+OHNH3↑+GaO20.1mol/L的氨水中加入少量的NH4Cl固体,铵根离子浓度增大抑制一水合氨的电离则溶液的pH降低;若加入少量明矾,铝离子结合氢氧根生成氢氧化铝沉淀促进电离所以溶液中NH4+的浓度增大。(2根据电离平衡常数可知酸性是Al(OH)3Ga(OH)3依据较强酸制备较弱酸原理可知往X溶液中缓缓通入CO2最先析出的氢氧化物是Al(OH)3。(3①已知离子氧化性顺序为Zn2+<Ga2+<Fe2+<Cu2+所以阳极中铁和铜不放电因此电解精炼镓时阳极泥的成分是FeCuGaO2在阴极发生得到电子的还原反应则放电的电极方程式是GaO2+3e+H2OGa+4OH

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