Question

【题目】金属镓有“电子工业脊梁”的美誉，镓及其化合物应用广泛。

（1）一种镍催化法生产GaN的工艺如图：

①镓（Ga）的原子结构示意图为，镓元素在周期表中的位置是___。

②“热转化”时Ga转化为GaN的化学方程式是___。

③“酸浸”操作目的是___。

（2）某学校化学兴趣小组在实验室利用如图装置模拟制备氮化镓：

①仪器X中的试剂是__，加热前需先通入一段时间的H2，原因是__。

②取某GaN样品m克溶于足量热NaOH溶液，发生反应GaN+OH﹣+H2OGaO2-+NH3↑，用H3BO3溶液将产生NH3完全吸收，滴定吸收液时消耗浓度为cmol/L的盐酸VmL，则样品的纯度是___。

已知：NH3+H3BO3=NH3H3BO3；NH3H3BO3+HCl=NH4Cl+H3BO3

Answer 1

【答案】第四周期ⅢA族 2Ga+2NH32GaN+3H2 除去GaN中混有的少量Ni 浓氨水 排除装置中的空气，避免空气与镓反应，使产物不纯，防止氢气与氧气爆炸 %

【解析】

(1)由流程图可知，在少量Ni做催化剂作用下，Ga粉与氨气高温下反应生成GaN和H2，反应得到混有Ni的GaN混合物，向反应后的固体中加入稀盐酸，Ni溶于稀盐酸生成可溶的氯化镍，GaN不与稀盐酸反应，过滤、洗涤、干燥得到GaN；

(2)由实验装置图可知，实验时，应先制备氢气，利用氢气排除装置中的空气，避免空气与镓反应，防止空气中氧气和反应生成的氢气加热混合发生爆炸，当装置中空气排尽后，再用浓氨水与氧化钙反应制备氨气，在少量Ni做催化剂作用下，Ga粉与氨气加热反应生成GaN和H2，由于氨气与稀硫酸反应，在吸收装置前连接一个空载仪器，起防止倒吸的作用。

(1)镓的原子结构示意图为可知，镓原子有4个电子层，最外层有3个电子，则镓元素位于周期表第四周期ⅢA族，故答案为：第四周期ⅢA族；

②由流程图可知，“热转化”的过程为在少量Ni做催化剂作用下，Ga粉与氨气高温下反应生成GaN和H2，反应的化学方程式为2Ga+2NH32GaN+3H2，故答案为：2Ga+2NH32GaN+3H2；

③由分析可知反应得到混有Ni的GaN混合物，酸浸的目的是使Ni溶于稀盐酸，除去GaN中混有的少量Ni，故答案为：除去GaN中混有的少量Ni；

(2)①仪器X中的试剂是浓氨水，目的是用浓氨水与氧化钙反应制备氨气；空气中的氧气能与镓反应，且镓与氨气反应生成的氢气能与空气中氧气反应，发生爆炸，所以加热前需先通入一段时间的H2，排除装置中的空气，避免空气与镓反应，使产物不纯，防止氢气与氧气爆炸，故答案为：排除装置中的空气，避免空气与镓反应，使产物不纯，防止氢气与氧气爆炸；

②由题给化学方程式可得如下关系式：GaN—NH3—NH3H3BO3—HCl，由关系式可知n（GaN）=n（HCl）=10-3cVmol，则样品的纯度为×100%=%，故答案为：%。