Question

1．2014诺贝尔物理学奖授予开发蓝色发光二极管（LED）的三位科学家．长期以来，人们发明了红色及绿色LED，但三原色之一的蓝色LED却因在材料环节遇阻而被断言“难以在20世纪实现”．通过科学家漫长的实验，发现氮化镓晶体可以产生蓝色LED．资料显示：
①在室温下，氮化镓不溶于水、酸和碱．但在加热时氮化镓可溶于NaOH、H₂SO₄．
②氮化镓晶体的制备通常有两种方法：
a、通常以甲基镓Ga（CH₃）₃作为镓源，NH₃作为氮源，在一定条件下反应制取氮化镓
b、通过甲基镓Ga（CH₃）₃分解产生单质镓，利用分解出的Ga与NH₃的化学反应实现的，其的反应方程式为：
2Ga（s）+2NH₃（g）?2GaN（s）+3H₂（g）
③氢氧化镓Ga（OH）₃与氢氧化铝类似，均有两性．
（1）下列有关镓及其化合物说法正确的是B．
A、第ⅢA族元素铟的性质与镓相似，氮化铟的化学式为In₂N₃
B、甲基镓与氨气反应时除生成氮化镓外，还生成CH₄
C、元素周期表中镓的金属性比铝弱
D、镓位于元素周期表第四周期第ⅡA族
（2）三甲基镓在常温常压下为无色透明有毒液体．在空气中易氧化，在室温自燃，燃烧时产生金属氧化物白烟，其他元素均转化为稳定的氧化物．请写出三甲基镓在空气中自燃的化学方程式：2Ga（CH₃）₃+12O₂=Ga₂O₃+6CO₂+9H₂O．
（3）工业上利用Ga与NH₃合成氮化镓的反应方程式为：
2Ga（s）+2NH₃（g）?2GaN（s）+3H₂（g）△H＜0
①请写出上述反应的化学平衡常数表达式：$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$．
②在恒温恒容的密闭体系内进行上述可逆反应，下列有关表达正确的是A

A、①图象中如果纵坐标为正反应速率，则t时刻改变的条件可以为升温或加压
B、②图象中纵坐标可以为镓的转化率
C、③图象中纵坐标可以为化学反应速率
D、④图象中纵坐标可以为体系内混合气体平均相对分子质量
（4）工业上提纯镓的方法很多，其中以电解精炼法为多．具体原理如下：以待提纯的粗镓（内含Zn、Fe、Cu杂质）为阳极，以高纯镓为阴极，以NaOH水溶液为电解质溶液．在电流作用下使粗镓在阳极溶解进入电解质溶液，通过某种特殊的离子迁移技术到达阴极并在阴极放电析出高纯镓．电解时阳极反应方程式为：Ga-3e^-+4OH^-=GaO₂^-+2H₂O
①请写出在阳极生成的GaO₂^-通过离子迁移到阴极时，阴极电极反应方程式
GaO₂^-+3e^-+2H₂O=Ga+4OH^-．
②已知离子氧化性顺序为：Zn²⁺＜Ga³⁺＜Fe²⁺＜Cu²⁺，请写出电解精炼镓时阳极泥的成分Fe、Cu．（填化学式）

Answer 1

分析 （1）A、第ⅢA族元素铟的性质与镓相似，氮化铟的化学式为InN；
B、甲基镓与氨气反应时除生成氮化镓外，根据元素守恒知，还生成CH₄；
C、同一主族元素，元素的金属性随着原子序数增大而增强；
D、镓位于元素周期表第四周期第IIIA族；
（2）该金属氧化物Ga₂O₃，C元素的稳定氧化物是二氧化碳、H元素的稳定氧化物是水，根据反应物、生成物书写方程式；
（3）①化学平衡常数K=$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$；
②A、①图象中如果纵坐标为正反应速率，升高温度或增大压强，反应速率增大；
B、Ga是固体，没有浓度可言，不能计算其转化率；
C、Ga是固体，其质量不影响反应速率；
D、相同压强下，升高温度，平衡逆向移动，平均相对分子质量增大；相同温度下，增大压强，平衡逆向移动，平均相对分子质量增大；
（4）①阴极上GaO₂^-得电子发生还原反应生成Ga；
 ②离子氧化性顺序为：Zn²⁺＜Ga³⁺＜Fe²⁺＜Cu²⁺，则金属还原性顺序为Zn＞Ge＞Fe＞Cu，则阳极上Zn、Ge失电子进入电解质溶液，Fe、Cu以金属单质进入电解质溶液．

解答 解：（1）A、第ⅢA族元素铟的性质与镓相似，氮化铟的化学式为InN，故A错误；
B、甲基镓与氨气反应时除生成氮化镓外，根据元素守恒知，还生成CH₄，故B正确；
C、同一主族元素，元素的金属性随着原子序数增大而增强，所以Ga的金属性大于Al，故C错误；
D、镓位于元素周期表第四周期第IIIA族，故D错误；
故选B；
（2）该金属氧化物Ga₂O₃，C元素的稳定氧化物是二氧化碳、H元素的稳定氧化物是水，根据反应物、生成物书写方程式为2Ga（CH₃）₃+12O₂=Ga₂O₃+6CO₂+9H₂O，
故答案为：2Ga（CH₃）₃+12O₂=Ga₂O₃+6CO₂+9H₂O；
（3）①化学平衡常数K=$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$，故答案为：$\frac{{c}^{3}（{H}_{2}）}{{c}^{2}（N{H}_{3}）}$；
②A、①图象中如果纵坐标为正反应速率，升高温度或增大压强，反应速率增大，图象符合题意，故正确；
B、Ga是固体，没有浓度可言，不能计算其转化率，故错误；
C、Ga是固体，其质量不影响反应速率，故错误；
D、相同压强下，升高温度，平衡逆向移动，平均相对分子质量增大；相同温度下，增大压强，平衡逆向移动，平均相对分子质量增大，所以温度高的曲线在上面，故错误；
故选A；  
（4）阴极上GaO₂^-得电子发生还原反应生成Ga，电极反应式为GaO₂^-+3e^-+2H₂O=Ga+4OH^-，故答案为：GaO₂^-+3e^-+2H₂O=Ga+4OH^-；
②离子氧化性顺序为：Zn²⁺＜Ga³⁺＜Fe²⁺＜Cu²⁺，则金属还原性顺序为Zn＞Ge＞Fe＞Cu，则阳极上Zn、Ge失电子进入电解质溶液，Fe、Cu以金属单质进入电解质溶液，则阳极泥成分是Fe、Cu，故答案为：Fe、Cu．

点评 本题考查同一主族原子结构和性质，涉及电解原理、化学平衡移动影响因素、化学平衡常数等知识点，综合性较强，侧重考查基本理论，明确电解原理、化学平衡移动原理等知识点即可解答，难点是（3）题图象分析，题目难度中等．