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【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

【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;

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