Question

【题目】金属镓(Ga)应用广泛，在半导体和光电材料、合金、磁性材料等领域都有重要应用。镓与铝是同主族元素，性质相似。

(1)铝在元素周期表中的位置是__________________。

(2)GaAs 是一种重要的半导体材料。As 与 Ga 同周期，As 与 N 同主族。

①下列事实不能用元素周期律解释的是___________(填字母)。

a. 碱性：Ga (OH)3> Al (OH)3 b. 非金属性：As>Ga c. 酸性：H3AsO4>H3AsO3

②GaAs 中，As 元素化合价为-3 价，用原子结构理论解释原因_________________。

③废弃含 GaAs 半导体材料可以用浓硝酸溶解 GaAs，生成 H3AsO4 和 Ga3+，写出该反应的化学方程式_________。

(3)工业上获取镓的方法之一是从闪锌矿冶锌后的残渣(主要含有 Zn、Pb、Fe、Ga 等元素)中提取，某科研单位设计下述流程提取镓，已知：Ga 在碱性溶液中以[Ga(OH)4]- 形式存在。

①试剂 a 是_______________。

②写出电解制镓时的阴极电极反应式__________________。

Answer 1

【答案】第三周期第ⅢA族 c Ga与As同周期，电子层数相同，核电荷数：As＞Ga，原子半径：As＜Ga，得电子能力：As＞Ga，元素的非金属性：As＞Ga，因此GaAs中As显负价，As与N同主族，最外层电子数为5，所以As为-3价 GaAs+11HNO3=Ga(NO3)3+8NO2↑+ H3AsO4+4H2O ZnO [Ga(OH)4]- +3e-=Ga+4OH-

【解析】

(1)Al是13号元素，位于元素周期表的第三周期第ⅢA族，故答案为：第三周期第ⅢA族；

(2)①a．镓与铝是同主族元素，同主族元素从上到下金属性增强，故Ga的金属性强于Al，所以碱性：Ga (OH)3> Al (OH)3，能用元素周期律解释，a不满足题意；

b．As与Ga同周期，Ga与Al是同主族元素，则Ga位于第ⅢA族，As 与 N 同主族，则As位于第ⅤA族，同周期元素从左往右，非金属性增强，故非金属性：As>Ga，能用元素周期律解释，b不满足题意；

c．H3AsO4和H3AsO3都是As的含氧酸，二者的酸性不能用元素周期律解释，c满足题意；

故答案为：c；

②Ga与As同周期，电子层数相同，核电荷数：As＞Ga，原子半径：As＜Ga，得电子能力：As＞Ga，元素的非金属性：As＞Ga，因此GaAs中As显负价，As与N同主族，最外层电子数为5，所以As为-3价，故答案为：Ga与As同周期，电子层数相同，核电荷数：As＞Ga，原子半径：As＜Ga，得电子能力：As＞Ga，元素的非金属性：As＞Ga，因此GaAs中As显负价，As与N同主族，最外层电子数为5，所以As为-3价；

③由题意可知GaAs作还原剂，浓HNO3作氧化剂，氧化产物为H3AsO4，浓硝酸对应的还原产物为NO2，结合电子得失守恒、原子守恒可写出该反应的化学方程式为：GaAs+11HNO3=Ga(NO3)3+8NO2↑+ H3AsO4+4H2O，故答案为：GaAs+11HNO3=Ga(NO3)3+8NO2↑+ H3AsO4+4H2O；

(3)①为提高浸取率，“H2SO4酸浸”时H2SO4应过量，滤液1显酸性，试剂a能消耗H+，使pH增大，同时不引入新的杂质，可用ZnO，故答案为：ZnO；

②Ga在碱性溶液中以[Ga(OH)4]- 形式存在，电解制镓，则阴极为[Ga(OH)4]-得电子生成Ga，阴极电极反应为：[Ga(OH)4]- +3e-=Ga+4OH-，故答案为：[Ga(OH)4]- +3e-=Ga+4OH-。