Question

6．鋅是一種常用金屬，冶煉方法有火法和濕法．
I．鎵（Ga）是火法冶煉鋅過程中的副產(chǎn)品，鎵與鋁同主族且相鄰，化學(xué)性質(zhì)與鋁相似，氮化鎵（GaN）是制造LED的重要材料，被譽(yù)為第三代半導(dǎo)體材料．
（1）Ga在元素周期表中的位置第四周期第IIIA族．
（2）GaN可由Ga和NH₃在高溫條件下合成，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Ga+2NH₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2GaN+3H₂．
（3）下列有關(guān)鎵和鎵的化合物的說法正確的是ACD（填字母序號(hào)）．
A．一定條件下，Ga可溶于鹽酸和氫氧化鈉
B．常溫下，Ga可與水劇烈反應(yīng)放出氫氣
C．Ga₂O₃可由Ga（OH）₃受熱分解得到
D．一定條件下，Ga₂O₃可與NaOH反應(yīng)生成鹽
II．甲、乙都是二元固體化合物，將32g甲的粉末加入足量濃硝酸并加熱，完全溶解得藍(lán)色溶液，向該溶液中加入足量Ba（NO₃）₂溶液，過濾、洗滌、干燥得沉淀46.6g；濾液中再滴加NaOH溶液，又出現(xiàn)藍(lán)色沉淀．含乙的礦石自然界中儲(chǔ)量較多，稱取一定量乙，加入稀鹽酸使其全部溶解，溶液分為A、B兩等份，向A中加入足量氫氧化鈉溶液，過濾、洗滌、灼燒得紅棕色固體28g，經(jīng)分析乙與紅棕色固體的組成元素相同，向B中加入8.0g銅粉充分反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥得剩余固體1.6g．
（1）32g甲在足量濃硝酸中反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2N_A；甲在足量氧氣中充分灼燒的化學(xué)方程式為Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+SO₂
（2）乙的化學(xué)式Fe₇O₉；稀硫酸溶解乙的化學(xué)方程式為9H₂SO₄+Fe₇O₉=3FeSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+9H₂O
（3）將甲在足量氧氣中充分灼燒的氣體產(chǎn)物通入一定量A溶液中，該反應(yīng)的離子方程式為SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明此步反應(yīng)后的溶液中金屬元素的化合價(jià)取反應(yīng)后的溶液兩份于試管中，向一份中加入酸化的KMnO₄溶液，若褪色，則含有+2價(jià)鐵，向另一份中加入KSCN溶液，若出現(xiàn)血紅色溶液，則含有+3價(jià)鐵．

Answer 1

分析 I．（1）Ga的原子序數(shù)為31，位于第四周期第ⅢA族；
（2）Ga和NH₃在高溫條件下反應(yīng)生成GaN和氫氣；
（3）鎵位于第ⅢA族，位于金屬與非金屬交界處，與Al具有相似性質(zhì)，金屬性比Al強(qiáng)，以此分析其單質(zhì)和化合物的性質(zhì)；
II．將32g甲的粉末加入足量濃硝酸并加熱，完全溶解得藍(lán)色溶液，向該溶液中加入足量Ba（NO₃）₂溶液，過濾、洗滌、干燥得沉淀46.6g，該沉淀為硫酸鋇，其物質(zhì)的量為：$\frac{46.6g}{233g/mol}$=0.2mol，根據(jù)質(zhì)量守恒可知甲中含有0.2molS原子；濾液中再滴加NaOH溶液，又出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，該藍(lán)色沉淀為氫氧化銅，說明甲中含有Cu離子，32g甲中含有銅元素的物質(zhì)的量為：$\frac{32g-32g/mol×0.2mol}{64g/mol}$=0.4mol，則甲的化學(xué)式為：Cu₂S；
含乙的礦石自然界中儲(chǔ)量較多，稱取一定量乙，加入稀鹽酸使其全部溶解，溶液分為A、B兩等份，向A中加入足量氫氧化鈉溶液，過濾、洗滌、灼燒得紅棕色固體28g，該紅棕色固體為Fe₂O₃，氧化鐵含有鐵元素的物質(zhì)的量為額：$\frac{28g}{160g/mol}$×2=0.35mol，可能為鐵離子和亞鐵離子的混合物；經(jīng)分析乙與紅棕色固體的組成元素相同，則乙中含有Fe、O元素；向B中加入8.0g銅粉充分反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥得剩余固體1.6g，反應(yīng)消耗銅的物質(zhì)的量為：$\frac{8.0g-1.6g}{64g/mol}$=0.1mol，根據(jù)反應(yīng)2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺可知，0.1mol銅完全反應(yīng)消耗0.2molFe³⁺；所以乙與鹽酸反應(yīng)生成的為0.2molFe³⁺、0.15molFe²⁺，鐵的平均化合價(jià)為：$\frac{0.2mol×3+0.15mol×2}{0.35mol}$=$\frac{18}{7}$，則乙的化學(xué)式為：Fe₇O₉，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）Ga的原子序數(shù)為31，位于第四周期第ⅢA族，故答案為：第四周期第ⅢA族；
Ga和NH₃在高溫條件下反應(yīng)生成GaN和氫氣，反應(yīng)為2Ga+2NH₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2GaN+3H₂，故答案為：2Ga+2NH₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2GaN+3H₂；
（3）鎵位于第ⅢA族，位于金屬與非金屬交界處，與Al具有相似性質(zhì)，則：
A．Al與鹽酸、NaOH均反應(yīng)，則一定條件下，Ga可溶于鹽酸和氫氧化鈉，故A正確；
B．Al與水常溫不反應(yīng)，則常溫下，Ga不能與水劇烈反應(yīng)放出氫氣，故B錯(cuò)誤；
C．氧化鋁可由氫氧化鋁分解生成，則Ga₂O₃可由Ga（OH）₃受熱分解得到，故C正確；
D．氧化鋁與NaOH反應(yīng)生成鹽，則一定條件下，Ga₂O₃可與NaOH反應(yīng)生成鹽，故D正確；
故答案為：ACD
II．將32g甲的粉末加入足量濃硝酸并加熱，完全溶解得藍(lán)色溶液，向該溶液中加入足量Ba（NO₃）₂溶液，過濾、洗滌、干燥得沉淀46.6g，該沉淀為硫酸鋇，其物質(zhì)的量為：$\frac{46.6g}{233g/mol}$=0.2mol，根據(jù)質(zhì)量守恒可知甲中含有0.2molS原子；濾液中再滴加NaOH溶液，又出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，該藍(lán)色沉淀為氫氧化銅，說明甲中含有Cu離子，32g甲中含有銅元素的物質(zhì)的量為：$\frac{32g-32g/mol×0.2mol}{64g/mol}$=0.4mol，則甲的化學(xué)式為：Cu₂S；
含乙的礦石自然界中儲(chǔ)量較多，稱取一定量乙，加入稀鹽酸使其全部溶解，溶液分為A、B兩等份，向A中加入足量氫氧化鈉溶液，過濾、洗滌、灼燒得紅棕色固體28g，該紅棕色固體為Fe₂O₃，氧化鐵含有鐵元素的物質(zhì)的量為額：$\frac{28g}{160g/mol}$×2=0.35mol，可能為鐵離子和亞鐵離子的混合物；經(jīng)分析乙與紅棕色固體的組成元素相同，則乙中含有Fe、O元素；向B中加入8.0g銅粉充分反應(yīng)后過濾、洗滌、干燥得剩余固體1.6g，反應(yīng)消耗銅的物質(zhì)的量為：$\frac{8.0g-1.6g}{64g/mol}$=0.1mol，根據(jù)反應(yīng)2Fe³⁺+Cu═2Fe²⁺+Cu²⁺可知，0.1mol銅完全反應(yīng)消耗0.2molFe³⁺；所以乙與鹽酸反應(yīng)生成的為0.2molFe³⁺、0.15molFe²⁺，鐵的平均化合價(jià)為：$\frac{0.2mol×3+0.15mol×2}{0.35mol}$=$\frac{18}{7}$，則乙的化學(xué)式為：Fe₇O₉，
（1）甲為Cu₂S，32gCu₂S的物質(zhì)的量為：$\frac{32g}{160g/mol}$=0.2mol，濃硝酸足量，Cu元素從+1轉(zhuǎn)化成+2價(jià)、硫元素從-2轉(zhuǎn)化成+6價(jià)，則反應(yīng)中失去電子總物質(zhì)的量為：0.2mol×2×（2-1）+0.2mol×[6-（-2）]=2mol，反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子總數(shù)為2N_A；甲在足量空氣中灼燒生成氧化銅、二氧化硫氣體，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+SO₂，
故答案為：2N_A；Cu₂S+2O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+SO₂；
（2）根據(jù)分析可知，乙的化學(xué)式為：Fe₇O₉；稀硫酸與乙反應(yīng)的化學(xué)方程式為：9H₂SO₄+Fe₇O₉=3FeSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+9H₂O，
故答案為：Fe₇O₉；9H₂SO₄+Fe₇O₉=3FeSO₄+2Fe₂（SO₄）₃+9H₂O；
（3）甲在足量氧氣中充分灼燒的氣體產(chǎn)物是二氧化硫，A中含有鐵離子，二氧化硫和鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成亞鐵離子和硫酸根離子，離子方程式為SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺，向溶液中加入強(qiáng)氧化劑將亞鐵離子氧化為鐵離子，然后用KSCN檢驗(yàn)鐵離子，所以其檢驗(yàn)方法為：取反應(yīng)后的溶液兩份于試管中，向一份中加入酸化的KMnO₄溶液，若褪色，則含有+2價(jià)鐵，向另一份中加入KSCN溶液，若出現(xiàn)血紅色溶液，則含有+3價(jià)鐵，
故答案為：SO₂+2Fe³⁺+2H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+4H⁺；取反應(yīng)后的溶液兩份于試管中，向一份中加入酸化的KMnO₄溶液，若褪色，則含有+2價(jià)鐵，向另一份中加入KSCN溶液，若出現(xiàn)血紅色溶液，則含有+3價(jià)鐵．

點(diǎn)評(píng) 本題考查無機(jī)物推斷及同一主族元素周期律，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重考查學(xué)生推斷及知識(shí)綜合運(yùn)用能力，明確常見元素化合物性質(zhì)、元素周期律內(nèi)涵是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是II的物質(zhì)推斷，題目難度中等．