题目内容

【题目】金属镓有电子工业脊梁的美誉,镓及其化合物应用广泛。

1)一种镍催化法生产GaN的工艺如图:

①镓(Ga)的原子结构示意图为,镓元素在周期表中的位置是___

热转化Ga转化为GaN的化学方程式是___

酸浸操作目的是___

2)某学校化学兴趣小组在实验室利用如图装置模拟制备氮化镓:

①仪器X中的试剂是__,加热前需先通入一段时间的H2,原因是__

②取某GaN样品m克溶于足量热NaOH溶液,发生反应GaN+OH+H2OGaO2-+NH3,用H3BO3溶液将产生NH3完全吸收,滴定吸收液时消耗浓度为cmol/L的盐酸VmL,则样品的纯度是___

已知:NH3+H3BO3=NH3H3BO3NH3H3BO3+HCl=NH4Cl+H3BO3

【答案】第四周期ⅢA 2Ga+2NH32GaN+3H2 除去GaN中混有的少量Ni 浓氨水 排除装置中的空气,避免空气与镓反应,使产物不纯,防止氢气与氧气爆炸 %

【解析】

(1)由流程图可知,在少量Ni做催化剂作用下,Ga粉与氨气高温下反应生成GaNH2,反应得到混有NiGaN混合物,向反应后的固体中加入稀盐酸,Ni溶于稀盐酸生成可溶的氯化镍,GaN不与稀盐酸反应,过滤、洗涤、干燥得到GaN

(2)由实验装置图可知,实验时,应先制备氢气,利用氢气排除装置中的空气,避免空气与镓反应,防止空气中氧气和反应生成的氢气加热混合发生爆炸,当装置中空气排尽后,再用浓氨水与氧化钙反应制备氨气,在少量Ni做催化剂作用下,Ga粉与氨气加热反应生成GaNH2,由于氨气与稀硫酸反应,在吸收装置前连接一个空载仪器,起防止倒吸的作用。

(1)镓的原子结构示意图为可知,镓原子有4个电子层,最外层有3个电子,则镓元素位于周期表第四周期ⅢA族,故答案为:第四周期ⅢA族;

由流程图可知,热转化的过程为在少量Ni做催化剂作用下,Ga粉与氨气高温下反应生成GaNH2,反应的化学方程式为2Ga+2NH32GaN+3H2,故答案为:2Ga+2NH32GaN+3H2

由分析可知反应得到混有NiGaN混合物,酸浸的目的是使Ni溶于稀盐酸,除去GaN中混有的少量Ni,故答案为:除去GaN中混有的少量Ni

(2)仪器X中的试剂是浓氨水,目的是用浓氨水与氧化钙反应制备氨气;空气中的氧气能与镓反应,且镓与氨气反应生成的氢气能与空气中氧气反应,发生爆炸,所以加热前需先通入一段时间的H2,排除装置中的空气,避免空气与镓反应,使产物不纯,防止氢气与氧气爆炸,故答案为:排除装置中的空气,避免空气与镓反应,使产物不纯,防止氢气与氧气爆炸;

由题给化学方程式可得如下关系式:GaNNH3NH3H3BO3HCl,由关系式可知nGaN=nHCl=10-3cVmol,则样品的纯度为×100%=%,故答案为:%

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