题目内容
【题目】氮化镓(GaN)被称为第三代半导体材料,其应用取得了突破性的进展。一种镍催化法生产GaN的工艺如图:
(1)“热转化”时Ga转化为GaN的化学方程式是_____。
(2)“酸浸”的目的是_____,“操作Ⅰ”中包含的操作是_____。
某学校化学兴趣小组在实验室利用图装置模拟制备氮化镓:
(3)仪器X中的试剂是_____,仪器Y的名称是_____,装置G的作用是_____。
(4)加热前需先通入一段时间的H2,原因是_____。
(5)取某GaN样品m克溶于足量热NaOH溶液,发生反应 GaN+OH﹣+H2OGaO2-+NH3↑,用H3BO2溶液将产生的NH3完全吸收,滴定吸收液时消耗浓度为c mol/L的盐酸V mL,则样品的纯度是_____。(已知:NH3+H3BO3=NH3H3BO3;NH3H3BO3+HCl=NH4Cl+H3BO3)
(6)科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统,成功地实现了用CO2和H2O合成CH4,请写出铜极的电极反应式_____。
【答案】2Ga+2NH32GaN+3H2 除去GaN中混有的少量Ni 过滤、洗涤、干燥 浓氨水 球形干燥管 除去未反应完的NH3,防止污染空气 排除装置中的空气,避免空气与镓反应产物不纯,防止氢气与氧气爆炸 % CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O
【解析】
由流程可知,热转化时Ga和NH3在高温条件下反应生成GaN和H2;加盐酸可除去Ni,过滤分离出GaN;由制备装置可知,A中Zn与稀硫酸反应生成H2,利用H2将装置内的空气排出防止金属被氧化,B中浓硫酸可干燥H2,X为氨水,C中制备NH3,Y为碱石灰可干燥NH3,E中NH3与Ga反应可制备GaN,F可防止倒吸,G中稀硫酸可吸收尾气,以此来解答。
(1)Ga和NH3在高温条件下反应生成GaN和H2,反应方程式为2Ga+2NH32GaN+3H2;
(2)“酸浸”的目的是除去GaN中混有的少量Ni,“操作Ⅰ”中包含的操作是过滤、洗涤、干燥;
(3)仪器X中的试剂是浓氨水,将氨水滴入盛有CaO的烧瓶中发生反应制取NH3,仪器Y的名称是球形干燥管,盛有碱石灰,作用是干燥氨气;装置G的作用是吸收过量的氨气,防止污染环境;
(4)加热前需先通入一段时间的H2,原因是排出空气,防止金属被氧化,同时防止氢气与氧气混合气体点燃爆炸;
(5)由GaN+OH-+H2OGaO2-+NH3↑、NH3+H3BO3=NH3H3BO3、NH3H3BO3+HCl=NH4Cl+H3BO3,可知n(GaN)=n(HCl),则样品的纯度是×100%=%;
(6)根据图示可知:Cu是正极,正极上CO2得电子和H+反应生成CH4,因此正极的电极反应式为:CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。
【题目】研究金属腐蚀和防腐的原理很有现实意义.
(1)甲图为人教版教材中探究钢铁的吸氧腐蚀的装置,某兴趣小组按装置试验,导管中液柱的上升缓慢,为更快更清晰地观察到液柱上升的现象,下列措施错误的________(填序号)
A.用纯氧气代替试管内空气
B.用酒精灯加热试管提高温度
C.将铁钉换成铁粉和炭粉混合粉末
D.换成更细的导管,水中滴加红墨水
(2)为探究铁钉腐蚀实验a、b两点所发生的反应,张老师进行以下实验,证明铁发生电化学腐蚀。请完成表格空白:
实验操作 | 实验现象 | 实验结论 |
ⅰ.向NaCl溶液中滴加2~3滴酚酞指示剂 | a点附近溶液出现红色 | a点电极反应为_______________ |
ⅱ.然后再滴加2~3滴铁氰化钾溶液 | b点周围出现蓝色沉淀 | b点电极反应为_______________ 沉淀的化学式为______________ |
(3)孔老师认为仅通过b中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀,补充进行下列实验,在实验几分钟后的记录如下:
实验 | 滴管 | 现象 |
1.0 mol·L-1NaCl溶液 | 0.5 molL﹣1K3[Fe(CN)6]溶液 | 铁片表面产生大量蓝色沉淀 |
以上实验表明,K3[Fe(CN)6]具有________性
(4)赵老师设计下面装置研究弱酸性环境中腐蚀的主要形式,测定锥形瓶内气压和空气中氧气的体积分数随时间变化见图,从图中可分析,t1~t2之间主要发生_________腐蚀(填吸氧或析氢)
(5)金属阳极钝化形成保护膜是一种电化学防腐方法,将Fe作阳极置于H2SO4溶液中,一定条件下Fe表面形成致密Fe3O4氧化膜,试写出该阳极电极反应式_________。