Question

【題目】金屬鎵是由門捷列夫第一個(gè)預(yù)言成真的元素，有“電子工業(yè)脊梁”的美譽(yù)，它與鋁同主族，其氧化物和氫氧化物均為兩性化合物，鎵及其化合物應(yīng)用廣泛。粉煤灰中可以提取鎵，粉煤灰中的主要成分為Ga2O3，含CaO、SiO2、Al2O3等雜質(zhì)。鎵的熔點(diǎn)較低（29.8℃）.沸點(diǎn)很高（2403℃）。

（1）濾渣1的主要成分為：___________。

（2）為了提高溶浸效率可以采用的措施有（寫兩種）：____________。

（3）寫出鎵單質(zhì)與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的離子方程式：___________。

（4）其他鎵的化合物在生活和前沿科技上有廣泛應(yīng)用，根據(jù)已學(xué)知識(shí)回答下列問題：

①GaCl3溶液制備GaCl3固體，應(yīng)如何操作：_________。

②當(dāng)代工業(yè)上固態(tài)氮化鎵（GaN）的制備方法是利用鎵與NH3在1000℃高溫下合成，同時(shí)生成氫氣，每消耗1 mol Ga時(shí)放出15.135 kJ熱量。該可逆反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是______。

（5）下表是兩種兩性氫氧化物的電離常數(shù)。

將一塊鎵鋁合金完全溶于燒堿溶液，再往反應(yīng)后的溶液中緩緩?fù)ㄈ?/span>CO2，最先析出的氫氧化物是____。

（6）電解法可以提純粗鎵（內(nèi)含Zn、Fe、Cu等雜質(zhì)），以NaOH水溶液為電解質(zhì)，在陰極析出高純度的鎵，請寫出陰極電極反應(yīng)：_____（離子氧化順序?yàn)椋?/span>Zn2＋<Ga3＋<Fe2＋）。

Answer 1

【答案】CaCO3、SiO2 升溫、粉碎(其它合理答案均可) 2Ga+2OH-+2H2O=2GaO2-+3H2↑ 在HCl氣流中加熱蒸干 2Ga(l)+ 2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g) =-30.27kJ/mol Al(OH)3 GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-

【解析】

(1)粉煤灰中的主要成分為Ga2O3，含CaO、SiO2、Al2O3等雜質(zhì)，加入Na2CO3溶液中發(fā)生反應(yīng)CaO+H2O=Ca(OH)2，Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH，Ga2O3+2NaOH=2NaGaO2+H2O，Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O，SiO2不溶于水，據(jù)此分析；

(2)提高溶浸效率可以采用的措施有升高溫度、增大反應(yīng)物接觸面積等方法；

(3)鎵與鋁化學(xué)性質(zhì)相似，與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的離子方程式形式也類似；

(4)①用GaCl3溶液制備GaCl3固體，要考慮Ga3+的水解；

②根據(jù)題目中的條件寫出熱化學(xué)方程式；

(5)根據(jù)強(qiáng)制弱原理進(jìn)行分析；

(6)因是NaOH為電解質(zhì)，所以Ga3+只能以GaO2-形式存在，據(jù)此分析。

(1)粉煤灰中的主要成分為Ga2O3，含CaO、SiO2、Al2O3等雜質(zhì)，加入Na2CO3溶液中發(fā)生反應(yīng)CaO+H2O=Ca(OH)2，Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH，Ga2O3+2NaOH=2NaGaO2+H2O，Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O，SiO2不溶于水，過濾后得濾渣1為CaCO3、SiO2；

(2)提高溶浸效率可以采用的措施有升溫、粉碎等方法；

(3)鎵與鋁化學(xué)性質(zhì)相似，鎵單質(zhì)與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的離子方程式為：2Ga+2OH-+2H2O=2GaO2-+3H2↑；

(4)①用GaCl3溶液制備GaCl3固體，為了抑制Ga3+水解，需要在HCl氣流中加熱蒸干；

②鎵與NH3在1000℃高溫下合成GaN，同時(shí)生成氫氣，化學(xué)方程式為：2Ga+ 2NH32GaN+3H2，每消耗1 mol Ga時(shí)放出15.135 kJ熱量，則該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：2Ga(l)+ 2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g) =-30.27kJ/mol；

(5)由Al(OH)3和Ga(OH)3的酸式電離常數(shù)可知，Al(OH)3的酸性更弱，根據(jù)強(qiáng)制弱原理，酸性弱的先析出，所以Al(OH)3先析出；

(6)因是NaOH為電解質(zhì)，所以Ga3+只能以GaO2-形式存在，陰極電極反應(yīng)為：GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-。