Question

【題目】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℃，是一種廣泛用于電子工業(yè)和通訊領(lǐng)域的重要金屬。

(1)工業(yè)上利用鎵與NH3在1000℃高溫下合成固體半導(dǎo)體材料氮化鎵（GaN)，同時(shí)生成氫氣，每生成lmol H2時(shí)放出10.27 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(cè)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在T1和P6條件下反應(yīng)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(shì)如圖2所示(34 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)氣相平衡中用組份的平衡分壓（PB)代替物質(zhì)的量濃度(cB)也可以表示平衡常數(shù)(記作Kp)，用含P6的式子表示B點(diǎn)的Kp=_____________。

(4)電解精煉法提純嫁的具體原理如下：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)椋篫n2+3+2+2+。電解精煉鎵時(shí)陽極泥的成分是________________。

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_________________；

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=-30.81 kJ·mol-1 < 該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，其他條件一定時(shí)，溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，K減小 增大容器體積（或減小壓強(qiáng)） Fe、Cu Ga3+＋4OH-＝GaO2-+2H2O GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-

【解析】（1）本題考查熱化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫，根據(jù)題意生成1molH2，因此熱化學(xué)反應(yīng)方程式為2/3Ga(l)＋2/3NH3(g)=2/3GaN(s)＋H2(g) △H=－10.27kJ·mol－1，整理得：2Ga(l)+2NH3(g)＝2GaN(s)+3H2(g) ΔH=-30.81kJ·mol－1；（2）本題考查勒夏特列原理，①此反應(yīng)是放熱反應(yīng)，作等壓線，溫度越高，平衡向逆反應(yīng)方向進(jìn)行，氨氣的體積分?jǐn)?shù)越大，即T1>T2，化學(xué)平衡常數(shù)只受溫度的影響，A點(diǎn)溫度高于C的溫度，因此KA<KC；②根據(jù)圖2，4min是氫氣的濃度降低，因此改變是壓強(qiáng)，即降低壓強(qiáng)，或增大容積的體積；（3）考查平衡常數(shù)的計(jì)算，根據(jù)圖像，B點(diǎn)氨氣的體積分?jǐn)?shù)為0.4，根據(jù)反應(yīng)方程式，只有兩種氣體一種是氨氣，另一種是氫氣，因此氫氣的體積分?jǐn)?shù)為0.6，依據(jù)信息，因此有Kp=；（4）考查精煉鎵，以及氧化還原反應(yīng)方程式的書寫，①根據(jù)離子氧化性順序，推出其單質(zhì)金屬性強(qiáng)弱的順序是Zn>Ga>Fe>Cu，金屬性強(qiáng)的先失電子，因此陽極泥是Fe和Cu；②生成物是GaO2－，因此離子反應(yīng)式為Ga3＋＋4OH－＝GaO2－+2H2O ，根據(jù)信息，GaO2－在陰極上放電，析出高純鎵，因此陰極反應(yīng)式為GaO2－＋3e－＋2H2O=Ga＋4OH－。