Question

【题目】镓(Ga)被誉为第三代半导体的明屋元素，广泛应用于电子工业。Ga位于周期表的第四周期，与A1同主族，主要存在Ga3+、GaO2-两种离子形态。

(1)请画出Ga的原子结构示意图___________。

(2)请写出Ga2O3溶解在NaOH溶液中的离子方程式_________________。

(3)氮化镓(GaN)可用于制作蓝色LED光源。GaN的传统工艺是用GaCl3与NH3反应来制备，新工艺则采用金属Ga与NH3在一定条件下来合成。已知:

①GaCl3(s)+NH3(g)=GaN(s)+3HCl(g) H1=+180kJ/mol

②2Ga(s)+6HCl(g)=2GaCl3(s)+3H2(g)H2=-492kJ/mol

③Ga(s)+NH3(g)=GaN(s)+3/2H2(g) H3

由上述反应可知H3=_____________。

已知H-H的键能为436kJ/mol，结合上图分析，1molGaN含有_____molGa-N键，拆开lmolGa-N键所需能量为______kJ。

(4)工业上多用电解精炼法提纯镓。具体原理如下图所示:

已知:金属的活动性Zn>Ga>Fe>Cu

①A为电源的_____极，电解精炼镓时产生阳极泥的主要成分是___________。

②电解过程中阳极产生的离子迁移到达阴极并在阴极放电析出高纯镓。请写出电解过程的阴极的电极反应_______________。

③电解过程中需控制合适的电压，若电压太高时阴极会产生H2导致电解效率下降。若外电路通过0.4mole-时，阴极得到7.0g的镓。则该电解装置的电解效率η=___________。(η=生成目标产物消耗的电子数÷转移的电子总数)。

Answer 1

【答案】 Ga2O3+2OH-=2 GaO2-+H2O -66kJ/mol 4 370.5 负 Fe、Cu GaO2-+3e-+2H2O =Ga+ 4OH- 75%

【解析】（1）Ga位于周期表的第四周期，ⅢA族画出原子结构示意图；

（2）Ga2O3溶解在NaOH溶液中的反应类似于Al2O3在氢氧化钠溶液中的反应；

（3）根据盖斯定律进行计算；根据题干图示进行判断；

（4）①根据电解池原理进行判断电源的正负极，根据金属放电顺序判断阳极泥的成分；

②根据电解池原理写出阴极的电极反应式；

③根据得失电子守恒进行计算，确定电解效率。

（1）Ga位于周期表的第四周期，ⅢA族，所以其有4个电子层，核电荷数是31，原子结构示意图：，正确答案：；

（2）Ga2O3溶解在NaOH溶液的反应类似于Al2O3在氢氧化钠溶液中的反应，Ga2O3在NaOH溶液主要存在GaO2-离子，所以其反应的离子方程式：Ga2O3+2OH-=2 GaO2-+H2O，正确答案：Ga2O3+2OH-=2 GaO2-+H2O；

（3）根据盖斯定律，将H3=[①×2+②]÷2=-66KJ/mol；根据图示分析，1molGaN含有4molGa-N键；

Ga(s)+NH3(g)=Ga(g)+3H(g)+N（g） H4=+2070KJ/mol，

Ga(s)+NH3(g)=GaN(s)+3/2H2(g) H3=-66KJ/mol

H2（g）=2H（g） H5=+436kJ/mol

根据盖斯定律得：GaN(s)= Ga(g)+ N（g）H6=+1482KJ/mol，所以拆开lmolGa-N键所需能量为1482KJ/4=370.5kJ，正确答案：-66kJ/mol；4；370.5；

（4）①根据图示：与电源A相连的是高纯度Ga，高纯度Ga应该在阴极，所以A级是电源的负极；根据金属的活动性Zn>Ga>Fe>Cu，Fe、Cu在阳极不能够失去电子，所以阳极泥主要成分是Fe、Cu，正确答案：负极；Fe、Cu；

②阳极Ga溶于氢氧化钠溶液生成GaO2-，GaO2-离子迁移到达阴极并在阴极放电析出高纯镓，阴极的电极反应GaO2-+3e-+2H2O =Ga+ 4OH-，正确答案：GaO2-+3e-+2H2O =Ga+ 4OH-；

③外电路通过0.4mole-时，根据阴极的电极反应GaO2-+3e-+2H2O =Ga+ 4OH-可知，阴极析出7.0gGa，转移的电子的物质的量：n（e-）=3×7g÷69.7g/mol=0.3mol，所以该电解装置的电解效率η=0.3mol÷0.4mol×100%=75%，正确答案：75%。