Question

【題目】氨氣常用作致冷劑及制取銨鹽和氮肥，是一種用途廣泛的化工原料。金屬鎵是一種廣泛用于電子工業(yè) 和通訊領(lǐng)域的重要金屬，鎵元素(31Ga)在元素周期表中位于第四周期 IIIA 族，化學(xué)性質(zhì)與鋁元素相似。

(1)如圖是當(dāng)反應(yīng)器中按 n(N2):n(H2)=1:3 投料后，在 200℃、400℃、600℃下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，混合物中 NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)隨壓強(qiáng)的變化曲線。

①曲線 a 對應(yīng)的溫度是_____________。

②關(guān)于工業(yè)合成氨的反應(yīng)，下列敘述正確的是____________（填字母）。

A．及時(shí)分離出 NH3 可以提高 H2 的平衡轉(zhuǎn)化率

B．根據(jù)勒夏特列原理，一般采用高溫下發(fā)生反應(yīng)

C．上圖中 M、N、Q 點(diǎn)平衡常數(shù) K 的大小關(guān)系是 K(M) ＝ K(Q) >K(N)

③M 點(diǎn)對應(yīng)的 H2 轉(zhuǎn)化率是____________。

(2)工業(yè)上利用 Ga 與 NH3 合成固體半導(dǎo)體材料氮化鎵(GaN)同時(shí)有氫氣生成。反應(yīng)中，生成 3 mol H2 時(shí)就會(huì)放出30.8 kJ 的熱。

①該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是____________________。

②反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式是____________。

③在恒溫恒容的密閉體系內(nèi)進(jìn)行上述可逆反應(yīng)，下列有關(guān)表達(dá)正確的是____________。

A．I 圖像中如果縱坐標(biāo)為正反應(yīng)速率，則 t 時(shí)刻改變的條件可以為升溫

B．II 圖像中縱坐標(biāo)可以為鎵的轉(zhuǎn)化率

C．III 圖像中縱坐標(biāo)可以為化學(xué)反應(yīng)速率

D．Ⅳ圖像中縱坐標(biāo)可以為體系內(nèi)混合氣體平均相對分子質(zhì)量

④氮化鎵(GaN)性質(zhì)穩(wěn)定，但能緩慢的溶解在熱的 NaOH 溶液中，該反應(yīng)的離子方程式是：___________________。

(3)將一塊鎵鋁合金完全溶于燒堿溶液中得到溶液 X。己知：

	Al(OH)3	Ga(OH)3
酸式電離常數(shù) Ka	2×10－ 11	1×10－ 7
堿式電離常數(shù) Kb	1.3×10－ 33	1.4×10－ 34

往 X 溶液中緩緩?fù)ㄈ?/span> CO2，最先析出的氫氧化物是____________。

(4)工業(yè)上以電解精煉法提煉鎵的原理如下：以待提純的粗鎵（內(nèi)含 Zn、Fe、Cu 雜質(zhì)）為陽極，以高純鎵為陰極，以 NaOH 水溶液為電解質(zhì)溶液。在電流作用下使粗鎵在陽極溶解進(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己知離子氧化性順序?yàn)椋?/span>Zn2+<Ga3+< Fe2+<Cu2+，電解精煉鎵時(shí)陽極泥的成分是____________。

②GaO2－ 在陰極放電的電極方程式是___________。

Answer 1

【答案】200℃ AC 75% 2Ga(s) + 2NH3(g)＝2GaN(s) + 3H2(g) △H＝－30.8kJ/mol K＝ A GaN + H2O +OH－=NH3↑+ GaO2－ Al(OH)3 Fe、Cu GaO2－+ 3e－+2H2O ＝Ga + 4OH－

【解析】

（1）根據(jù)平衡移動(dòng)原理及平衡常數(shù)表達(dá)式分析解答；（2）根據(jù)熱化學(xué)方程式書寫規(guī)范及平衡常數(shù)表達(dá)式分析解答；（3）根據(jù)平衡常數(shù)的大小比較物質(zhì)的溶解性；（4）根據(jù)電解精煉原理及放電順序分析解答。

（1）①合成氨反應(yīng)放熱，溫度降低，平衡正方向移動(dòng)，氨氣的百分含量越高，所以，曲線a對應(yīng)的溫度是200℃，故答案為：200℃；

②A. 減小生成物濃度平衡正向移動(dòng)，及時(shí)分離出NH3可以提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率，故A正確；

B. 升高溫度，可以加快反應(yīng)速率，但根據(jù)勒夏特列原理，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，降低了氨氣的百分含量，所以不宜采用過高溫度，故B錯(cuò)誤；

C. K只受溫度影響，該反應(yīng)溫度升高時(shí)K值減小，b是400℃，c是600℃，上圖中M、N、Q點(diǎn)平衡常數(shù)K的大小關(guān)系是K(M)=K(Q)>K(N)，故C正確；故答案為：AC；

③

據(jù)題意M點(diǎn)時(shí)： ，x=，則氫氣的轉(zhuǎn)化率為 ，故答案為：75%；

（2）①根據(jù)熱化學(xué)方程式書寫規(guī)則得：2Ga(s) + 2NH3(g)＝2GaN(s) + 3H2(g) △H＝－30.8kJ/mol；

②該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為：K＝；

③A．升高溫度，反應(yīng)速率加快，同時(shí)平衡向逆方向移動(dòng)，反應(yīng)物的濃度增大，正反應(yīng)速率增大，當(dāng)達(dá)到新的平衡，正反應(yīng)速率保持不變，故A正確；

B．該反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向逆反應(yīng)移動(dòng)，鎵的轉(zhuǎn)化率應(yīng)該降低，故B錯(cuò)誤；

C．鎵為固體，質(zhì)量增大，對反應(yīng)速率基本無影響，故C錯(cuò)誤；

D．根據(jù)反應(yīng)方程式知，正反應(yīng)方向混合氣體的平均相對分子質(zhì)量減小，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，混合氣體平均相對分子質(zhì)量應(yīng)該增大；故D錯(cuò)誤。

④由題干信息知，鎵的化學(xué)性質(zhì)與鋁相似，則氮化鎵(GaN)在堿性條件下水解生成氨氣和GaO2-，該反應(yīng)的離子方程式是：GaN + H2O +OH-=NH3↑+ GaO2-；

故答案為：2Ga(s) + 2NH3(g)＝2GaN(s) + 3H2(g) △H＝-30.8kJ/mol；K＝；A；GaN + H2O +OH-=NH3↑+ GaO2-；

（3）所得的溶液中存在平衡：H++H2O+GaO2Ga(OH)3，H++H2O+AlO2Al(OH)3，Al(OH)3的電離平衡常數(shù)更小，故溶液中通入二氧化碳，先析出Al(OH)3沉淀，故答案為：Al(OH)3；

（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>Ga>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)進(jìn)入電解質(zhì)溶液，則陽極泥成分是Fe、Cu，故答案為：Fe、Cu；

②②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－。