Question

【題目】鎵(Ga)與鋁位于同一主族，金屬鎵的熔點是29. 8℃，沸點是2403℃，是一種廣泛用于電子工業(yè)和通訊領域的重要金屬。

(1)工業(yè)上利用鎵與NH3在1000℃高溫下合成固體半導體材料氮化鎵（GaN)，同時生成氫氣，每生成lmol H2時放出10.27 kJ熱量。

寫出該反應.的熱化學方程式___________________。

(2)在密閉容器中，充入一定量的Ga與NH3發(fā)生反應，實驗測得反應平衡體系中NH3的體積分數與壓強P和溫度T的關系曲線如圖1所示。

①圖1中A點和C點化學平衡常數的大小關系是：KA_____ KC，(填“<”“=”或“>”)，理由是____________。

②在T1和P6條件下反應至3min時達到平衡，此時改變條件并于D點處重新達到平衡，H2的濃度隨反應時間的變化趨勢如圖2所示(34 min的濃度變化未表示出來），則改變的條件為________(僅改變溫度或壓強中的一種）。

(3)氣相平衡中用組份的平衡分壓（PB)代替物質的量濃度(cB)也可以表示平衡常數(記作Kp)，用含P6的式子表示B點的Kp=_____________。

(4)電解精煉法提純嫁的具體原理如下：以粗鎵（含Zn、Fe、Cu雜質）為陽極，以高純鎵為陰極，以NaOH溶液為電解質，在電流作用下使粗鎵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+3+2+2+。電解精煉鎵時陽極泥的成分是________________。

②鎵在陽極溶解生成的Ga3+與.NaOH溶液反應生成GaO2-，該反應的離子方程式為_________________；

GaO2-在陰極放電的電極反應式是________________。

Answer 1

【答案】 2Ga(l)+2NH3(g)＝2GaN(s)+3H2(g) ΔH=-30.81 kJ·mol-1 < 該反應是放熱反應，其他條件一定時，溫度升高，平衡逆向移動，K減小 增大容器體積（或減小壓強） Fe、Cu Ga3+＋4OH-＝GaO2-+2H2O GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-

【解析】（1）本題考查熱化學反應方程式的書寫，根據題意生成1molH2，因此熱化學反應方程式為2/3Ga(l)＋2/3NH3(g)=2/3GaN(s)＋H2(g) △H=－10.27kJ·mol－1，整理得：2Ga(l)+2NH3(g)＝2GaN(s)+3H2(g) ΔH=-30.81kJ·mol－1；（2）本題考查勒夏特列原理，①此反應是放熱反應，作等壓線，溫度越高，平衡向逆反應方向進行，氨氣的體積分數越大，即T1>T2，化學平衡常數只受溫度的影響，A點溫度高于C的溫度，因此KA<KC；②根據圖2，4min是氫氣的濃度降低，因此改變是壓強，即降低壓強，或增大容積的體積；（3）考查平衡常數的計算，根據圖像，B點氨氣的體積分數為0.4，根據反應方程式，只有兩種氣體一種是氨氣，另一種是氫氣，因此氫氣的體積分數為0.6，依據信息，因此有Kp=；（4）考查精煉鎵，以及氧化還原反應方程式的書寫，①根據離子氧化性順序，推出其單質金屬性強弱的順序是Zn>Ga>Fe>Cu，金屬性強的先失電子，因此陽極泥是Fe和Cu；②生成物是GaO2－，因此離子反應式為Ga3＋＋4OH－＝GaO2－+2H2O ，根據信息，GaO2－在陰極上放電，析出高純鎵，因此陰極反應式為GaO2－＋3e－＋2H2O=Ga＋4OH－。