Question

18．以氮化镓（GaN）、碳化硅、金刚石等为代表的第三代半导体材料具有高发光效率、抗腐蚀、化学稳定性好、高强度等特性，是目前最先进的半导体材料．
完成下列填空：
（1）组成上述三种半导体材料的各种元素中，原子半径最小的元素在周期表中的位置是第二周期第ⅤA主族．原子序数最小的元素原子的核外电子排布式是1s²2s²2p²．
（2）镓元素的相对原子质量为69.72，自然界中的镓共有两种稳定的同位素，其中⁶⁹Ga的原子个数百分含量为60.1%，则另一种镓的同位素可表示为₃₁⁷¹Ga．
（3）镓、铝为同族元素，性质相似．下表是两种两性氢氧化物的电离常数．

两性氢氧化物	Al（OH）3	Ga（OH）3
酸式电离常数Kia	2×10-11	1×10-7
碱式电离常数Kib	1.3×10-33	1.4×10-34

①写出氢氧化镓的电离方程式：H⁺+H₂O+GaO₂^-?Ga（OH）₃?Ga³⁺+3OH^-．
②将一块镓铝合金完全溶于烧碱溶液，再往反应后的溶液中缓缓通入CO₂，最先析出的氢氧化物是Al（OH）₃．
（4）碳化硅单晶是目前技术最成熟的第三代半导体材料．下列能说明碳的非金属性强于硅的反应（或反应组）是ac（选填编号）
a．SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O→H₂SiO₃+2HCO₃^-
b．SiO₂+2C$\stackrel{高温}{→}$Si+2CO↑
c．SiH₄$\stackrel{500℃}{→}$Si+2H₂；CH₄$\stackrel{＞1000℃}{→}$C+2H₂
d．Si+O₂$\stackrel{900℃}{→}$SiO₂；C+O₂$\stackrel{300℃}{→}$CO₂．

Answer 1

分析 （1）氮、镓、碳、硅四种元素原子半径最小的是N，位于第二周期第ⅤA主族；C原子序数最小，原子核外有2个电子层，最外层电子数为4；
（2）设镓的另一核素质量数为x，则69×60.1%+x×（1-60.1%）=69.72，据此计算质量数，Ga的质子数=13+18=31，据此书写其同位素符号；
（3）①氢氧化镓与氢氧化铝的性质相似，结合氢氧化铝的电离书写；
②所得的溶液中存在平衡：H⁺+H₂O+GaO₂^-?Ga（OH）₃，H⁺+H₂O+AlO₂^-?Al（OH）₃，电离平衡常数越小，越容易析出得到沉淀；
（4）根据单质之间的置换反应、气态氢化物的稳定性、最高价含氧酸的酸性、与氢化合的难易、元素周期律等来比较非金属性，以此来解答；

解答 解：（1）氮、镓、碳、硅四种元素原子半径最小的是N，位于第二周期第ⅤA主族；
C原子序数最小，原子核外有2个电子层，最外层电子数为4，核外电子排布式是1s²2s²2p²；故答案为：第二周期第ⅤA主族；1s²2s²2p²；
（2）设镓的另一核素质量数为x，则69×60.1%+x×（1-60.1%）=69.72，解得x=71，的质子数=13+18=31，故该同位素符号为₃₁⁷¹Ga，
故答案为：₃₁⁷¹Ga；
（3）①氢氧化镓与氢氧化铝的性质相似，氢氧化镓的电离方程式为：H⁺+H₂O+GaO₂^-?Ga（OH）₃?Ga³⁺+3OH^-，
故答案为：H⁺+H₂O+GaO₂^-?Ga（OH）₃?Ga³⁺+3OH^-；
②所得的溶液中存在平衡：H⁺+H₂O+GaO₂^-?Ga（OH）₃，H⁺+H₂O+AlO₂^-?Al（OH）₃，Al（OH）₃的电离平衡常数更小，故溶液中通入二氧化碳，先析出Al（OH）₃沉淀，
故答案为：Al（OH）₃；
（4）a．SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O→H₂SiO₃+2HCO₃^-，说明碳酸的酸性大于硅酸的酸性，则能说明碳的非金属性强于硅，故正确；
b．SiO₂+2C$\stackrel{高温}{→}$Si+2CO↑，该反应是在高温条件下的反应，不能说明C的非金属性强于硅，故错误；
c．氢化物越稳定，其非金属性越强，SiH₄$\stackrel{500℃}{→}$Si+2H₂；CH₄$\stackrel{＞1000℃}{→}$C+2H₂，则能说明碳的非金属性强于硅，故正确；
d．Si+O₂$\stackrel{900℃}{→}$SiO₂；C+O₂$\stackrel{300℃}{→}$CO₂，不能说明C的非金属性强于硅，故错误；
故答案为：ac．

点评 本题考查结构性质位置关系应用、常用化学用语、电离平衡常数应用，难度中等，（2）中注意根据氢氧化铝性质进行解答．