Question

【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________________________。

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+OH－NH3↑+GaO2－。③0.1mol/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)3＜Ga(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。（3）①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Fe、Cu。②GaO2－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－+H2O＝Ga+4OH－。