Question

1．2014諾貝爾物理學獎授予開發藍色發光二極管（LED）的三位科學家．長期以來，人們發明了紅色及綠色LED，但三原色之一的藍色LED卻因在材料環節遇阻而被斷言“難以在20世紀實現”．通過科學家漫長的實驗，發現氮化鎵晶體可以產生藍色LED．資料顯示：
①在室溫下，氮化鎵不溶于水、酸和堿．但在加熱時氮化鎵可溶于NaOH、H₂SO₄．
②氮化鎵晶體的制備通常有兩種方法：
a、通常以甲基鎵Ga（CH₃）₃作為鎵源，NH₃作為氮源，在一定條件下反應制取氮化鎵
b、通過甲基鎵Ga（CH₃）₃分解產生單質鎵，利用分解出的Ga與NH₃的化學反應實現的，其的反應方程式為：
2Ga（s）+2NH₃（g）?2GaN（s）+3H₂（g）
③氫氧化鎵Ga（OH）₃與氫氧化鋁類似，均有兩性．
（1）下列有關鎵及其化合物說法正確的是B．
A、第ⅢA族元素銦的性質與鎵相似，氮化銦的化學式為In₂N₃
B、甲基鎵與氨氣反應時除生成氮化鎵外，還生成CH₄
C、元素周期表中鎵的金屬性比鋁弱
D、鎵位于元素周期表第四周期第ⅡA族
（2）三甲基鎵在常溫常壓下為無色透明有毒液體．在空氣中易氧化，在室溫自燃，燃燒時產生金屬氧化物白煙，其他元素均轉化為穩定的氧化物．請寫出三甲基鎵在空氣中自燃的化學方程式：2Ga（CH₃）₃+12O₂=Ga₂O₃+6CO₂+9H₂O．
（3）工業上利用Ga與NH₃合成氮化鎵的反應方程式為：
2Ga（s）+2NH₃（g）?2GaN（s）+3H₂（g）△H＜0
①請寫出上述反應的化學平衡常數表達式：$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$．
②在恒溫恒容的密閉體系內進行上述可逆反應，下列有關表達正確的是A

A、①圖象中如果縱坐標為正反應速率，則t時刻改變的條件可以為升溫或加壓
B、②圖象中縱坐標可以為鎵的轉化率
C、③圖象中縱坐標可以為化學反應速率
D、④圖象中縱坐標可以為體系內混合氣體平均相對分子質量
（4）工業上提純鎵的方法很多，其中以電解精煉法為多．具體原理如下：以待提純的粗鎵（內含Zn、Fe、Cu雜質）為陽極，以高純鎵為陰極，以NaOH水溶液為電解質溶液．在電流作用下使粗鎵在陽極溶解進入電解質溶液，通過某種特殊的離子遷移技術到達陰極并在陰極放電析出高純鎵．電解時陽極反應方程式為：Ga-3e^-+4OH^-=GaO₂^-+2H₂O
①請寫出在陽極生成的GaO₂^-通過離子遷移到陰極時，陰極電極反應方程式
GaO₂^-+3e^-+2H₂O=Ga+4OH^-．
②已知離子氧化性順序為：Zn²⁺＜Ga³⁺＜Fe²⁺＜Cu²⁺，請寫出電解精煉鎵時陽極泥的成分Fe、Cu．（填化學式）

Answer 1

分析 （1）A、第ⅢA族元素銦的性質與鎵相似，氮化銦的化學式為InN；
B、甲基鎵與氨氣反應時除生成氮化鎵外，根據元素守恒知，還生成CH₄；
C、同一主族元素，元素的金屬性隨著原子序數增大而增強；
D、鎵位于元素周期表第四周期第IIIA族；
（2）該金屬氧化物Ga₂O₃，C元素的穩定氧化物是二氧化碳、H元素的穩定氧化物是水，根據反應物、生成物書寫方程式；
（3）①化學平衡常數K=$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$；
②A、①圖象中如果縱坐標為正反應速率，升高溫度或增大壓強，反應速率增大；
B、Ga是固體，沒有濃度可言，不能計算其轉化率；
C、Ga是固體，其質量不影響反應速率；
D、相同壓強下，升高溫度，平衡逆向移動，平均相對分子質量增大；相同溫度下，增大壓強，平衡逆向移動，平均相對分子質量增大；
（4）①陰極上GaO₂^-得電子發生還原反應生成Ga；
 ②離子氧化性順序為：Zn²⁺＜Ga³⁺＜Fe²⁺＜Cu²⁺，則金屬還原性順序為Zn＞Ge＞Fe＞Cu，則陽極上Zn、Ge失電子進入電解質溶液，Fe、Cu以金屬單質進入電解質溶液．

解答 解：（1）A、第ⅢA族元素銦的性質與鎵相似，氮化銦的化學式為InN，故A錯誤；
B、甲基鎵與氨氣反應時除生成氮化鎵外，根據元素守恒知，還生成CH₄，故B正確；
C、同一主族元素，元素的金屬性隨著原子序數增大而增強，所以Ga的金屬性大于Al，故C錯誤；
D、鎵位于元素周期表第四周期第IIIA族，故D錯誤；
故選B；
（2）該金屬氧化物Ga₂O₃，C元素的穩定氧化物是二氧化碳、H元素的穩定氧化物是水，根據反應物、生成物書寫方程式為2Ga（CH₃）₃+12O₂=Ga₂O₃+6CO₂+9H₂O，
故答案為：2Ga（CH₃）₃+12O₂=Ga₂O₃+6CO₂+9H₂O；
（3）①化學平衡常數K=$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$，故答案為：$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$；
②A、①圖象中如果縱坐標為正反應速率，升高溫度或增大壓強，反應速率增大，圖象符合題意，故正確；
B、Ga是固體，沒有濃度可言，不能計算其轉化率，故錯誤；
C、Ga是固體，其質量不影響反應速率，故錯誤；
D、相同壓強下，升高溫度，平衡逆向移動，平均相對分子質量增大；相同溫度下，增大壓強，平衡逆向移動，平均相對分子質量增大，所以溫度高的曲線在上面，故錯誤；
故選A；  
（4）陰極上GaO₂^-得電子發生還原反應生成Ga，電極反應式為GaO₂^-+3e^-+2H₂O=Ga+4OH^-，故答案為：GaO₂^-+3e^-+2H₂O=Ga+4OH^-；
②離子氧化性順序為：Zn²⁺＜Ga³⁺＜Fe²⁺＜Cu²⁺，則金屬還原性順序為Zn＞Ge＞Fe＞Cu，則陽極上Zn、Ge失電子進入電解質溶液，Fe、Cu以金屬單質進入電解質溶液，則陽極泥成分是Fe、Cu，故答案為：Fe、Cu．

點評 本題考查同一主族原子結構和性質，涉及電解原理、化學平衡移動影響因素、化學平衡常數等知識點，綜合性較強，側重考查基本理論，明確電解原理、化學平衡移動原理等知識點即可解答，難點是（3）題圖象分析，題目難度中等．