Question

【題目】金屬鎵（31Ga）是一種廣泛應用于電子工業的重要金屬，其化學性質與鋁相似。

（1）工業上利用Ga與NH3合成固體半導體材料氮化鎵(GaN)同時有氫氣生成。反應中消耗1molNH3放出15.4kJ的熱量。

①該反應的熱化學方程式為____________________________；其平衡常數表達式為_____________。

②氮化鎵(GaN)性質穩定,但能緩慢的溶解在熱的NaOH溶液中,該反應的離子方程式是_________________________。

③0.1mol/L的氨水中加入少量的NH4Cl固體，溶液的pH_________（填“升高”或“降低”）；若加入少量明礬，溶液中NH4+的濃度___________（填“增大”或“減小”）。

（2）將一塊鎵鋁合金完全溶于燒堿溶液中得到X溶液。已知:Al(OH)3、Ga(OH)3的酸式電離常數分別為2×10-11、1×10-7，則往X溶液中緩緩通入CO2,最先析出的氫氧化物是______。

（3）工業上以電解精煉法提煉鎵的原理如下:以待提純的粗鎵(內含Zn、Fe、Cu雜質)在陽極溶解,通過某種離子遷移技術到達陰極并在陰極放電析出高純鎵。

①已知離子氧化性順序為:Zn2+2+2+2+,電解精煉鎵時陽極泥的成分是_____________。

②GaO2-在陰極放電的電極方程式是________________________。

Answer 1

【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】（1）①反應中消耗1mol NH3放出15.4kJ的熱量，因此該反應的熱化學方程式為2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g) △H=－30.8kJ/mol；化學平衡常數是在一定條件下，當可逆反應達到平衡狀態時，生成物濃度的冪之積和反應物濃度的冪之積的比值，根據方程式可知平衡常數表達式為K=c3(H2)/c2(NH3)。②氮化鎵能緩慢的溶解在熱的NaOH溶液中，根據鎵的性質與鋁類似可知該反應的離子方程式是GaN+H2O+OH－NH3↑+GaO2－。③0.1mol/L的氨水中加入少量的NH4Cl固體，銨根離子濃度增大，抑制一水合氨的電離，則溶液的pH降低；若加入少量明礬，鋁離子結合氫氧根生成氫氧化鋁沉淀，促進電離，所以溶液中NH4+的濃度增大。（2）根據電離平衡常數可知酸性是Al(OH)3＜Ga(OH)3，依據較強酸制備較弱酸原理可知往X溶液中緩緩通入CO2，最先析出的氫氧化物是Al(OH)3。（3）①已知離子氧化性順序為Zn2+<Ga2+<Fe2+<Cu2+，所以陽極中鐵和銅不放電，因此電解精煉鎵時陽極泥的成分是Fe、Cu。②GaO2－在陰極發生得到電子的還原反應，則放電的電極方程式是GaO2－+3e－+H2O＝Ga+4OH－。