Question

【題目】金屬鎵是廣泛用于電子工業和通訊領域的重要金屬，化學性質與鋁元素相似。

（1）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，并通過某種離子遷移技術到達陰極并在陰極放電析出高純鎵。

①已知離子氧化性順序為Zn2+＜Ga3+＜Fe2+＜Cu2+。電解精煉鎵時陽極泥的成分是_______。

②GaO2-在陰極放電的電極方程式是__________________________。

（2）工業上利用固態Ga與NH3高溫條件下合成固體半導體材料氮化鎵(GaN)同時又有氫氣生成。反應中每生成3 mol H2時就會放出30.8 kJ熱量。

①該反應的熱化學方程式為__________________________。

②一定條件下，加入一定量的Ga與NH3進行上述反應，下列敘述符合事實且可作為判斷反應已達到平衡狀態的標志的是_______________。

A.恒溫恒壓下，混合氣體的密度不變

B.斷裂3 mol H—H鍵，同時斷裂2 mol N—H鍵

C.恒溫恒壓下達平衡后再加入2 mol H2使平衡移動，NH3消耗速率等于原平衡時NH3的消耗速率

D.升高溫度，氫氣的生成速率先增大再減小

Answer 1

【答案】Fe、CuGaO2-+3e-+2H2O═Ga+4OH-2Ga(s)+2NH3(g)═2GaN(s)+3H2(g) ΔH=-30.8 kJ/molAC

【解析】

(1)①已知離子氧化性順序為：Zn2+＜Ga3+＜Fe2+＜Cu2+，則電解精煉鎵時陽極是 Zn和 Ga失去電子，而鐵和銅變為陽極泥；綜上所述，本題答案是：Fe、Cu。

②GaO2-在陰極得到電子轉化為金屬單質，因此放電的電極方程式是：GaO2-+3e-+2H2O═Ga+4OH-；綜上所述，本題答案是：GaO2-+3e-+2H2O═Ga+4OH-。

(2)①反應中每生成3molH2時就會放出30.8 kJ 熱量，因此該反應的熱化學方程式為: 2Ga(s)+2NH3(g)═2GaN(s)+3H2(g) ΔH=-30.8 kJ/mol； 綜上所述，本題答案是： 2Ga(s)+2NH3(g)═2GaN(s)+3H2(g) ΔH=-30.8 kJ/mol。

②A. 密度是混合氣的質量和容器容積的比值，在反應過程中質量是不變的，正反應體積增大，壓強不變，因此容積變化，所以恒溫恒壓下，混合氣體的密度不變說明反應達到平衡狀態，A正確；

B.斷裂3molH—H鍵，同時斷裂6molN—H鍵，說明反應達到平衡狀態，B 錯誤；

C. 恒溫恒壓下達平衡，加入2molH2使平衡移動，由于平衡是等效的，因此NH3的消耗速率等于原平衡時NH3的消耗速率，C正確；

D.升高溫度，氫氣的生成速率先增大再減小，最后不變，D錯誤；

綜上所述，本題選AC。