Question

18．以氮化鎵（GaN）、碳化硅、金剛石等為代表的第三代半導體材料具有高發光效率、抗腐蝕、化學穩定性好、高強度等特性，是目前最先進的半導體材料．
完成下列填空：
（1）組成上述三種半導體材料的各種元素中，原子半徑最小的元素在周期表中的位置是第二周期第ⅤA主族．原子序數最小的元素原子的核外電子排布式是1s²2s²2p²．
（2）鎵元素的相對原子質量為69.72，自然界中的鎵共有兩種穩定的同位素，其中⁶⁹Ga的原子個數百分含量為60.1%，則另一種鎵的同位素可表示為₃₁⁷¹Ga．
（3）鎵、鋁為同族元素，性質相似．下表是兩種兩性氫氧化物的電離常數．

兩性氫氧化物	Al（OH）3	Ga（OH）3
酸式電離常數Kia	2×10-11	1×10-7
堿式電離常數Kib	1.3×10-33	1.4×10-34

①寫出氫氧化鎵的電離方程式：H⁺+H₂O+GaO₂^-?Ga（OH）₃?Ga³⁺+3OH^-．
②將一塊鎵鋁合金完全溶于燒堿溶液，再往反應后的溶液中緩緩通入CO₂，最先析出的氫氧化物是Al（OH）₃．
（4）碳化硅單晶是目前技術最成熟的第三代半導體材料．下列能說明碳的非金屬性強于硅的反應（或反應組）是ac（選填編號）
a．SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O→H₂SiO₃+2HCO₃^-
b．SiO₂+2C$\stackrel{高溫}{→}$Si+2CO↑
c．SiH₄$\stackrel{500℃}{→}$Si+2H₂；CH₄$\stackrel{＞1000℃}{→}$C+2H₂
d．Si+O₂$\stackrel{900℃}{→}$SiO₂；C+O₂$\stackrel{300℃}{→}$CO₂．

Answer 1

分析 （1）氮、鎵、碳、硅四種元素原子半徑最小的是N，位于第二周期第ⅤA主族；C原子序數最小，原子核外有2個電子層，最外層電子數為4；
（2）設鎵的另一核素質量數為x，則69×60.1%+x×（1-60.1%）=69.72，據此計算質量數，Ga的質子數=13+18=31，據此書寫其同位素符號；
（3）①氫氧化鎵與氫氧化鋁的性質相似，結合氫氧化鋁的電離書寫；
②所得的溶液中存在平衡：H⁺+H₂O+GaO₂^-?Ga（OH）₃，H⁺+H₂O+AlO₂^-?Al（OH）₃，電離平衡常數越小，越容易析出得到沉淀；
（4）根據單質之間的置換反應、氣態氫化物的穩定性、最高價含氧酸的酸性、與氫化合的難易、元素周期律等來比較非金屬性，以此來解答；

解答 解：（1）氮、鎵、碳、硅四種元素原子半徑最小的是N，位于第二周期第ⅤA主族；
C原子序數最小，原子核外有2個電子層，最外層電子數為4，核外電子排布式是1s²2s²2p²；故答案為：第二周期第ⅤA主族；1s²2s²2p²；
（2）設鎵的另一核素質量數為x，則69×60.1%+x×（1-60.1%）=69.72，解得x=71，的質子數=13+18=31，故該同位素符號為₃₁⁷¹Ga，
故答案為：₃₁⁷¹Ga；
（3）①氫氧化鎵與氫氧化鋁的性質相似，氫氧化鎵的電離方程式為：H⁺+H₂O+GaO₂^-?Ga（OH）₃?Ga³⁺+3OH^-，
故答案為：H⁺+H₂O+GaO₂^-?Ga（OH）₃?Ga³⁺+3OH^-；
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）a．SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O→H₂SiO₃+2HCO₃^-，說明碳酸的酸性大于硅酸的酸性，則能說明碳的非金屬性強于硅，故正確；
b．SiO₂+2C$\stackrel{高溫}{→}$Si+2CO↑，該反應是在高溫條件下的反應，不能說明C的非金屬性強于硅，故錯誤；
c．氫化物越穩定，其非金屬性越強，SiH₄$\stackrel{500℃}{→}$Si+2H₂；CH₄$\stackrel{＞1000℃}{→}$C+2H₂，則能說明碳的非金屬性強于硅，故正確；
d．Si+O₂$\stackrel{900℃}{→}$SiO₂；C+O₂$\stackrel{300℃}{→}$CO₂，不能說明C的非金屬性強于硅，故錯誤；
故答案為：ac．

點評 本題考查結構性質位置關系應用、常用化學用語、電離平衡常數應用，難度中等，（2）中注意根據氫氧化鋁性質進行解答．