Question

18．以氮化鎵（GaN）、碳化硅、金剛石等為代表的第三代半導(dǎo)體材料具有高發(fā)光效率、抗腐蝕、化學(xué)穩(wěn)定性好、高強(qiáng)度等特性，是目前最先進(jìn)的半導(dǎo)體材料．
完成下列填空：
（1）組成上述三種半導(dǎo)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(shù)最小的元素原子的核外電子排布式是1s²2s²2p²．
（2）鎵元素的相對(duì)原子質(zhì)量為69.72，自然界中的鎵共有兩種穩(wěn)定的同位素，其中⁶⁹Ga的原子個(gè)數(shù)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(zhì)相似．下表是兩種兩性氫氧化物的電離常數(shù)．

兩性氫氧化物	Al（OH）3	Ga（OH）3
酸式電離常數(shù)Kia	2×10-11	1×10-7
堿式電離常數(shù)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(yīng)后的溶液中緩緩?fù)ㄈ隒O₂，最先析出的氫氧化物是Al（OH）₃．
（4）碳化硅單晶是目前技術(shù)最成熟的第三代半導(dǎo)體材料．下列能說明碳的非金屬性強(qiáng)于硅的反應(yīng)（或反應(yīng)組）是ac（選填編號(hào)）
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(shù)最小，原子核外有2個(gè)電子層，最外層電子數(shù)為4；
（2）設(shè)鎵的另一核素質(zhì)量數(shù)為x，則69×60.1%+x×（1-60.1%）=69.72，據(jù)此計(jì)算質(zhì)量數(shù)，Ga的質(zhì)子數(shù)=13+18=31，據(jù)此書寫其同位素符號(hào)；
（3）①氫氧化鎵與氫氧化鋁的性質(zhì)相似，結(jié)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(shù)越小，越容易析出得到沉淀；
（4）根據(jù)單質(zhì)之間的置換反應(yīng)、氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性、最高價(jià)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(shù)最小，原子核外有2個(gè)電子層，最外層電子數(shù)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(shè)鎵的另一核素質(zhì)量數(shù)為x，則69×60.1%+x×（1-60.1%）=69.72，解得x=71，的質(zhì)子數(shù)=13+18=31，故該同位素符號(hào)為₃₁⁷¹Ga，
故答案為：₃₁⁷¹Ga；
（3）①氫氧化鎵與氫氧化鋁的性質(zhì)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(shù)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(qiáng)于硅，故正確；
b．SiO₂+2C$\stackrel{高溫}{→}$Si+2CO↑，該反應(yīng)是在高溫條件下的反應(yīng)，不能說明C的非金屬性強(qiáng)于硅，故錯(cuò)誤；
c．氫化物越穩(wěn)定，其非金屬性越強(qiáng)，SiH₄$\stackrel{500℃}{→}$Si+2H₂；CH₄$\stackrel{＞1000℃}{→}$C+2H₂，則能說明碳的非金屬性強(qiáng)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(qiáng)于硅，故錯(cuò)誤；
故答案為：ac．

點(diǎn)評(píng) 本題考查結(jié)構(gòu)性質(zhì)位置關(guān)系應(yīng)用、常用化學(xué)用語、電離平衡常數(shù)應(yīng)用，難度中等，（2）中注意根據(jù)氫氧化鋁性質(zhì)進(jìn)行解答．