Question

3．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）工業(yè)上利用Ga與NH₃合成固體半導(dǎo)體材料氮化鎵（GaN）同時有氫氣生成，反應(yīng)中，生成3mol H₂時放出30.8KJ的熱．
①反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是2Ga（s）+2NH₃（g）?2GaN（s）+3H₂（g）△H=-30.8KJ/mol．
②反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式是$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$；溫度升高時，反應(yīng)的平衡常數(shù)變�。�（填“變大”“變小”或“不變”）
③在密閉體系內(nèi)進(jìn)行上述可逆反應(yīng)，下列有關(guān)表達(dá)正確的是A．

A．圖象Ⅰ中如果縱坐標(biāo)為正反應(yīng)速率，則t時刻改變的條件可以為升溫或加壓
B．圖象Ⅱ中縱坐標(biāo)可以為鎵的轉(zhuǎn)化率
C．圖象Ⅲ中縱坐標(biāo)可以為化學(xué)反應(yīng)速率
D．圖象Ⅳ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GaN+OH^-+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$GaO₂^-+NH₃↑．
（2）將一塊鎵鋁合金完全溶于燒堿溶液中得到溶液X．已知：

	Al（OH）3	Ga（OH）3
酸式電離常數(shù)Ka	2×10-11	1×10-2
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隒O₂，最先析出的氫氧化物是Al（OH）₃．
（3）工業(yè)上電解精煉鎵的原理如下：待提純的粗鎵（內(nèi)含Zn、Fe、Cu雜質(zhì)）為陽極，高純度鎵為陰極，NaOH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，離子遷移到達(dá)陰極并在陰極放出電析出高純鎵．
①已知離子氧化性順序?yàn)椋篫n²⁺＜Ga³⁺＜Fe²⁺＜Cu²⁺，電解精煉鎵時陽極泥的成分是Fe、Cu．
②GaO₂^-在陰極放電的電極方程式是GaO₂^-+3e^-+2H₂O=Ga+4OH^-．

Answer 1

分析 （1）①反應(yīng)的方程式為2Ga（s）+2NH₃（g）?2GaN（s）+3H₂（g），結(jié)合生成3mol H₂時放出30.8KJ的熱量，可知反應(yīng)熱，進(jìn)而書寫熱化學(xué)方程式；
②平衡常數(shù)為生成物、反應(yīng)物濃度冪之積的比值；升高溫度，平衡向吸熱方向移動，平衡常數(shù)減小；
③A．①圖象中如果縱坐標(biāo)為正反應(yīng)速率，升高溫度或增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率增大；
B．Ga是固體，沒有濃度可言，不能計(jì)算其轉(zhuǎn)化率；
C．Ga是固體，其質(zhì)量不影響反應(yīng)速率；
D．相同壓強(qiáng)下，升高溫度，平衡逆向移動，平均相對分子質(zhì)量增大；相同溫度下，增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動，平均相對分子質(zhì)量增大；
④氮化鎵與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氨氣和NaGaO₂；
（2）所得的溶液中存在平衡：H⁺+H₂O+GaO₂^-?Ga（OH）₃，H⁺+H₂O+AlO₂^-?Al（OH）₃，電離平衡常數(shù)越小，越容易析出得到沉淀；
（3）①離子氧化性順序?yàn)椋篫n²⁺＜Ga³⁺＜Fe²⁺＜Cu²⁺，則金屬還原性順序?yàn)閆n＞Ge＞Fe＞Cu，則陽極上Zn、Ge失電子進(jìn)入電解質(zhì)溶液，F(xiàn)e、Cu以金屬單質(zhì)進(jìn)入電解質(zhì)溶液；
②陰極上GaO₂^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成Ga．

解答 解：（1）①反應(yīng)的方程式為2Ga（s）+2NH₃（g）?2GaN（s）+3H₂（g），結(jié)合生成3mol H₂時放出30.8KJ的熱量，可知熱化學(xué)方程式為2Ga（s）+2NH₃（g）?2GaN（s）+3H₂（g）△H=-30.8kJ/mol，
故答案為：2Ga（s）+2NH₃（g）?2GaN（s）+3H₂（g）△H=-30.8kJ/mol；
②平衡常數(shù)為生成物、反應(yīng)物濃度冪之積的比值，K=$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$，升高溫度，平衡向逆反應(yīng)方向移動，則平衡常數(shù)減小，
故答案為：$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$；變��；
③A．①圖象中如果縱坐標(biāo)為正反應(yīng)速率，升高溫度或增大壓強(qiáng)，反應(yīng)速率增大，圖象符合題意，故A正確；
B．Ga是固體，沒有濃度可言，不能計(jì)算其轉(zhuǎn)化率，故B錯誤；
C．Ga是固體，其質(zhì)量不影響反應(yīng)速率，故C錯誤；
D．相同壓強(qiáng)下，升高溫度，平衡逆向移動，平均相對分子質(zhì)量增大；相同溫度下，增大壓強(qiáng)，平衡逆向移動，平均相對分子質(zhì)量增大，所以溫度高的曲線在上面，故D錯誤；
故答案為：A；
④氮化鎵與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成氨氣和NaGaO₂，其反應(yīng)的方程式為：GaN+OH^-+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$GaO₂^-+NH₃↑；
故答案為：GaN+OH^-+H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$GaO₂^-+NH₃↑；
（2）所得的溶液中存在平衡：H⁺+H₂O+GaO₂^-?Ga（OH）₃，H⁺+H₂O+AlO₂^-?Al（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；
（3）①離子氧化性順序?yàn)椋篫n²⁺＜Ga³⁺＜Fe²⁺＜Cu²⁺，則金屬還原性順序?yàn)閆n＞Ge＞Fe＞Cu，則陽極上Zn、Ge失電子進(jìn)入電解質(zhì)溶液，F(xiàn)e、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；
②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^-．

點(diǎn)評 本題考查同一主族原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為高考常見題型和高頻考點(diǎn)，綜合考查學(xué)生的分析、計(jì)算能力，涉及電解原理、化學(xué)平衡移動影響因素、化學(xué)平衡常數(shù)等知識點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，側(cè)重考查基本理論，明確電解原理、化學(xué)平衡移動原理等知識點(diǎn)即可解答，難點(diǎn)是（1）題圖象分析，題目難度中等．