Question

【題目】金屬鎵有“電子工業(yè)脊梁”的美譽(yù)，它與鋁同主族，曾被稱為“類鋁”，其氧化物和氫氧化物均為兩性化合物。工業(yè)制備鎵的流程如下圖所示：

(1)元素Ga位于Al的下一周期，寫出鎵(Ga)的原子結(jié)構(gòu)示意圖為____________CO2的電子式為_____________________

(2)下列有關(guān)Al、Ga的說法不正確的是______

A.由流程圖可知酸性：Al(OH)3＞Ga(OH)3 B.Ga2O3可與鹽酸反應(yīng)生成GaCl3

C.Ga(OH)3可由Ga2O3與水反應(yīng)得到 D.與酸反應(yīng)的劇烈程度：Al<Ga

(3)圖中涉及到的Al、Na、O三種元素簡單離子半徑由大到小的順序_____________

(4)步驟二中不能通入過量的CO2，理由_________________(用離子方程式表示)

(5)工業(yè)上通常用電解精煉法提純鎵。某待提純的粗鎵內(nèi)含Zn、Fe、Cu雜質(zhì)，以NaOH水溶液為電解質(zhì)溶液。在電流作用下使粗鎵溶解進(jìn)入電解質(zhì)溶液，通過某種離子遷移技術(shù)到達(dá)陰極，并在陰極放電析出高純鎵。(離子氧化性順序?yàn)椋?/span>Zn2+<Ga3+<Fe2+)

①下列有關(guān)電解精煉說法正確的是_______

A．陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，其主要電極反應(yīng)式：Ga-3e- ═ Ga3+

B．電解過程中，陽極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加相等

C．在陰極除了析出高純度的鎵之外，還有H2產(chǎn)生

D．電解后，電解槽底部的陽極泥中只有Cu和Fe

②陰極析出高純度鎵的電極反應(yīng)式__________________________________

(6)氮化鎵在電和光的轉(zhuǎn)化方面性能突出，是迄今理論上光電轉(zhuǎn)化效率最高的材料。氮化鎵(GaN)的一種制備方法是采用GaCl3與NH3在一定條件下反應(yīng)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式__________________

Answer 1

【答案】 A C O2->Na+>Al3+ GaO2-+CO2+2H2O ==Ga(OH)3↓+HCO3- (或 2GaO2-+CO2+3H2O ==2Ga(OH)3↓+CO32- ) CD GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH- GaCl3+NH3 GaN+3HCl

【解析】

（1）依據(jù)Ga在元素周期表的位置分析；CO2分子構(gòu)型為直線形，碳元素與氧元素之間為碳氧雙鍵；

（2）根據(jù)元素周期律、強(qiáng)酸制弱酸作答；

（3）電子層數(shù)越多，離子半徑越大；電子層數(shù)相同時(shí)，核電荷數(shù)越小，其離子半徑越大；

（4）生成氫氧化鋁沉淀后過量的二氧化碳還可以與偏鎵酸鈉反應(yīng)；

（5）①依據(jù)電解精煉金屬的原理解答；

②依據(jù)電解池的工作原理，陰極得電子生成Ga單質(zhì)；

（6）根據(jù)給定條件，結(jié)合元素守恒書寫化學(xué)方程式。

（1）元素Ga位于Al的下一周期，則位于第四周期IIIA族，其核外電子數(shù)為13+18 = 31，所以Ga原子結(jié)構(gòu)示意圖為：， CO2的電子式為，故答案為：；；

（2）A. 在NaAlO2和NaGaO2溶液中通入CO2之后生成Al(OH)3，并未生成Ga(OH)3，根據(jù)強(qiáng)酸制弱酸的原理可知，酸性：Ga(OH)3＞Al(OH)3，A項(xiàng)錯(cuò)誤；

B. 因Al2O3可與鹽酸反應(yīng)生成AlCl3，兩者同族，性質(zhì)相似，所以Ga2O3可與鹽酸反應(yīng)生成GaCl3，B項(xiàng)正確；

C. Al(OH)3不可以由Al2O3與水反應(yīng)得到，根據(jù)元素的相似性可知，Ga(OH)3也不可由Ga2O3與水反應(yīng)得到，C項(xiàng)錯(cuò)誤；

D. 同主族元素，其金屬性依次增強(qiáng)，所以與酸反應(yīng)的劇烈程度依次增大，即Al<Ga，D項(xiàng)正確，

故答案為：AC；

（3）電子層數(shù)越多，離子半徑越大；電子層數(shù)相同時(shí)，核電荷數(shù)越小，其離子半徑越大；Al、Na、O三種元素簡單離子半徑由大到小的順序?yàn)?/span>O2->Na+>Al3+，

故答案為：O2->Na+>Al3+；

（4）若通入過量的CO2，GaO2-會(huì)和CO2、H2O反應(yīng)生成Ga(OH)3沉淀，其離子方程式為：GaO2-+CO2+2H2O ==Ga(OH)3↓+HCO3- (或 2GaO2-+CO2+3H2O ==2Ga(OH)3↓+CO32- )，

故答案為：GaO2-+CO2+2H2O ==Ga(OH)3↓+HCO3- (或 2GaO2-+CO2+3H2O ==2Ga(OH)3↓+CO32- )；

（5）①A. 陽極為粗鎵，金屬失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，主要電極反應(yīng)式為：Zn-2e-=Zn2+、Ga-3e- ═ Ga3+，A項(xiàng)錯(cuò)誤；

B. 電解過程中陽極失電子的有Zn、Ga；陰極析出的是Ga；依據(jù)電子守恒，陽極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加不相等，B項(xiàng)錯(cuò)誤；

C. 在開始放電的瞬間，陰極除了析出高純度的鎵之外，溶液中的氫離子也會(huì)放電生成氫氣，C項(xiàng)正確；

D. 由離子氧化性順序：Zn2+<Ga3+<Fe2+可知，粗鎵中含有的少量Fe、Cu不失電子，沉降到電解池底部形成陽極泥，電解后，電解槽底部的陽極泥中只有Cu和Fe，D項(xiàng)正確；

故答案為CD；

②陰極GaO2-得電子生成Ga，電極反應(yīng)式為：GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-，

故答案為：GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-；

（6）氮化鎵(GaN)的一種制備方法是采用GaCl3與NH3在一定條件下反應(yīng)，可以看出元素化合價(jià)均未發(fā)生變化，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：GaCl3+NH3 GaN+3HCl，

故答案為：GaCl3+NH3 GaN+3HCl。