Question

【題目】鎵是一種低熔點(diǎn)高沸點(diǎn)的稀有金屬，有“電子工業(yè)脊梁”的美譽(yù)，被廣泛應(yīng)用到光電子工業(yè)和微波通信工業(yè)；鎵（Ga）與鋁位于同一主族，金屬鎵的熔點(diǎn)是29.8℃，沸點(diǎn)是2403℃。

（1）工業(yè)上利用Ga(l)與NH3(g)在1000℃高溫下合成半導(dǎo)體固體材料氮化鎵（GaN），同時(shí)生成氫氣，每生成lmol H2時(shí)放出10.3 kJ熱量。寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式__________________。

（2）在密閉容器中，充入一定量的Ga與NH3發(fā)生反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)測得反應(yīng)平衡體系中NH3的體積分?jǐn)?shù)與壓強(qiáng)P和溫度T的關(guān)系曲線如圖1所示。

① 圖1中A點(diǎn)和C點(diǎn)化學(xué)平衡常數(shù)的大小關(guān)系是：KA_____KC，（填“＜”、“＝”或“＞”），理由是__________________________________________________。

② 該反應(yīng)在T1和P6條件下至3min時(shí)達(dá)到平衡，此時(shí)改變條件并于D點(diǎn)處重新達(dá)到平衡，H2的濃度隨反應(yīng)時(shí)間的變化趨勢如圖2所示（3～4 min的濃度變化未表示出來），則改變的條件為__________（僅改變溫度或壓強(qiáng)中的一種）。

（3）若用壓強(qiáng)平衡常數(shù)Kp表示，此時(shí)B點(diǎn)對應(yīng)的Kp＝__________（用含P6的式子表示）（Kp為壓強(qiáng)平衡常數(shù)，用平衡分壓代替平衡濃度計(jì)算，氣體平衡分壓=總壓×氣體體積分?jǐn)?shù)）

（4）電解精煉法提純鎵的具體原理如下：以粗鎵（含Zn、Fe、Cu雜質(zhì)）為陽極，以高純鎵為陰極，以NaOH溶液為電解質(zhì)。在電流作用下使粗鎵溶解進(jìn)入電解質(zhì)溶液，并通過某種離子遷移技術(shù)到達(dá)陰極并在陰極放電析出高純鎵。

①已知離子氧化性順序?yàn)椋?/span>Zn2＋＜Ga3＋＜Fe2＋＜Cu2＋。電解精煉鎵時(shí)陽極泥的成分是_________。

②陽極溶解生成的Ga3＋與NaOH溶液反應(yīng)生成GaO2-，寫出GaO2-在陰極放電的電極反應(yīng)式是_____________。

Answer 1

【答案】 2Ga(l)+2NH3(g)＝2GaN(s)+3H2(g) ΔH=-30.9 kJ·mol-1 ＜ 由第1問可知該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，其他條件一定時(shí)，溫度升高， 平衡逆向移動(dòng)，此時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)越大而K值減小 減小壓強(qiáng) Fe、Cu GaO2- + 3e- + 2H2O = Ga+4OH-

【解析】(1)反應(yīng)的方程式為2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)，生成3mol H2時(shí)放出30.9kJ的熱量，可知熱化學(xué)方程式為2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)△H=-30.9kJ/mol，故答案為：2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)△H=-30.9kJ/mol；

(2)①2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)△H=-30.9kJ/mol，為放熱反應(yīng)，對于放熱反應(yīng)而言，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，K減小，A點(diǎn)平衡常數(shù)小于C點(diǎn)平衡常數(shù)，故答案為：＜；對于放熱反應(yīng)而言，其他條件一定時(shí)，溫度升高， 平衡逆向移動(dòng)，此時(shí)NH3的體積分?jǐn)?shù)越大而K值減��；

②結(jié)合圖示，改變的外界條件是降低壓強(qiáng)，氣體的體積增大，氫氣的濃度減小，平衡向氣體體積增大的方向進(jìn)行，隨后，氫氣的濃度又逐漸增大，但會(huì)小于原平衡的濃度，故答案為：減小壓強(qiáng)；

(3)2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)，用某組份(B)的平衡壓強(qiáng)(PB)代替物質(zhì)的量濃度(CB)也可以表示平衡常數(shù)(記作Kp)，且PB=P×B的體積分?jǐn)?shù)。則該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式(Kp)==，故答案為：；

(4)①離子氧化性順序?yàn)椋?/span>Zn2+＜Ga3+＜Fe2+＜Cu2+，則金屬還原性順序?yàn)?/span>Zn＞Ge＞Fe＞Cu，則陽極上Zn、Ge失電子進(jìn)入電解質(zhì)溶液，Fe、Cu以金屬單質(zhì)形成陽極泥，則陽極泥成分是Fe、Cu，故答案為：Fe和Cu；

②鎵在陽極溶解生成的Ga3+與NaOH溶液反應(yīng)生成GaO2-，該反應(yīng)的離子方程式為Ga3++4OH-=GaO2-+2H2O；陰極上GaO2-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Ga，電極反應(yīng)式為GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-；故答案為：GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-。