Question

【题目】金属镓是一种广泛用于电子和通信领域的重要金属，其化学性质与铝相似。

(1)工业上提纯镓的方法有很多，其中以电解精炼法为主。具体原理如下:以待提纯的粗镓(含有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，通过某种离子迁移技术到达阴极并在阴极放电析出高纯镓。

①已知离子的氧化性顺序为Zn2+<Ga3+<Fe2+<Cu2+电解精炼镓时阳极泥的成分为________。

②GaO2— 在阴极放电的电极反应式为______。

(2)工业上利用固态Ga与NH3在高温条件下合成固态半导体材料氮化镓(GaN)，同时有氢气生成。反应过程中每生成3 mol H2，放出30.8 kJ的热量。

①该反应的热化学方程式为______。

②一定条件下，一定量的Ga与NH3进行上述反应，下列叙述符合事实且可作为判断反应已达到平衡状态的标志的是______(填字母)。

A. 恒温恒压下，混合气体的密度不变

B. 断裂3 mol H—H键，同时断裂2 mol N—H键

C. 恒温恒压下，反应达到平衡时,向反应体系中加入 2 mol H2，NH3的消耗速率等于原平衡时NH3的消耗速率

D. 恒温恒容下， NH3 与H2的物质的量浓度之比为2︰3

Answer 1

【答案】Fe、Cu GaO2-+2H2O+3e-=Ga+4OH- Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g) ΔH= —30.8 kJ·mol-1 AC

【解析】

（1）①离子氧化性顺序为：Zn2＋＜Ga3＋＜Fe2＋＜Cu2＋，则金属还原性顺序为Zn＞Ga＞Fe＞Cu，则阳极上Zn、Ga失电子进入电解质溶液，Fe、Cu以金属单质进入电解质溶液；

②阴极上GaO2－得电子发生还原反应生成Ga；

（2）①反应的方程式为2Ga（s）+2NH3（g）2GaN（s）+3H2（g），结合生成3mol H2时放出30.8kJ的热量，可知反应热，进而书写热化学方程式；

②可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变；

（1）①离子氧化性顺序为：Zn2＋＜Ga3＋＜Fe2＋＜Cu2＋，则金属还原性顺序为Zn＞Ga＞Fe＞Cu，则阳极上Zn、Ga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；

②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－；

（2）①反应的方程式为2Ga（s）+2NH3（g）2GaN（s）+3H2（g），结合生成3mol H2时放出30.8kJ的热量，可知热化学方程式为2Ga（s）+2NH3（g）2GaN（s）+3H2（g）△H=-30.8kJ·mol－1；

②反应为气体体积增大的反应，

A．恒温恒压下，气体质量不变，体积不变，混合气体的密度不变说明反应达到平衡状态，故A正确；

B．断裂3molH-H键，同时断裂6molN-H键，正逆反应速率相同，断裂3molH-H键，同时断裂2molN-H键，正逆反应速率不同，故B错误；

C．恒温恒压下达平衡，加入2molH2使平衡逆向移动，体积减小压强增大，NH3的消耗速率等于原平衡时NH3的消耗速率，平衡不变，反应达到平衡状态，故C正确；

D．反应为放热反应，升高温度反应速率增大，平衡逆向进行，氢气的生成速率先减小再增大，最后不变，故D错误；

故选AC；