【題目】GaN憑借其出色的功率性能、頻率性能以及散熱性能,在光電領(lǐng)域和高頻微波器件應(yīng)用等方面有廣闊的前景。
(1) Johnson等人首次在1100℃下用鎵與氨氣制得氮化鎵,該可逆反應(yīng)每生成1 mol H2放出10.3 kJ熱量。該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是_____。(己知金屬鎵的熔點(diǎn)是29.8℃,沸點(diǎn)是2403℃;氮化鎵的熔點(diǎn)為1700℃)
(2)在恒容密閉容器中,加入一定量的液態(tài)鎵與氨氣發(fā)生上述反應(yīng),測得反應(yīng)平衡體系中NH3的體積分?jǐn)?shù)與壓強(qiáng)(p)、溫度(T)的關(guān)系如圖所示(已知圖中T1和T2的溫度均小于1700℃)。
①下列說法正確的是________(填標(biāo)號(hào))。
a.相同條件下,Ga(OH)3 的堿性比Al(OH)3強(qiáng)
b.當(dāng)c(NH3)=c(H2)時(shí),一定達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài)
c. A點(diǎn)和C點(diǎn)化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系是:KA< KC
d.溫度一定時(shí),達(dá)平衡后再充入氦氣(氦氣不參與反應(yīng)),NH3的轉(zhuǎn)化率增大.
②氣相平衡中用組分的平衡分壓代替物質(zhì)的量濃度也可以表示平衡常數(shù)(記作Kp),已知在T1℃時(shí)體系的壓強(qiáng)初始?jí)簭?qiáng)為a Pa,則B點(diǎn)的Kp=____(用含a表示且保留2位有效數(shù)字)。
(3)電解精煉法提純鎵是工業(yè)上常用的方法。具體原理如圖所示:
已知:金屬的活動(dòng)性Zn>Ga>Fe>Cu;鎵化學(xué)性質(zhì)與鋁相似。
①M為電源的_______極,電解精煉鎵時(shí)產(chǎn)生陽極泥的主要成分是________。
②電解過程中陽極產(chǎn)生的離子遷移到達(dá)陰極并在陰極析出高純鎵。請(qǐng)寫出電解過程的陰極的電極反應(yīng)__________。
③電解過程中需控制合適的電壓,若電壓太高時(shí)陰極會(huì)產(chǎn)生H2導(dǎo)致電解效率下降。若外電路通過0.2mole時(shí),陰極得到3.5g的鎵。則該電解裝置的電解效率η=_________(η=生成目標(biāo)產(chǎn)物消耗的電子數(shù)+轉(zhuǎn)移的電子總數(shù))。
【答案】2Ga(l)+2NH3(g)=2GaN(s)+3H2(g) H= -30.9kJ/mol ac 1.7aPa 負(fù)極 Fe、Cu GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH- 75%
【解析】
(1)鎵與氨氣在1100℃下反應(yīng)生成氮化鎵和氫氣,寫出方程式,根據(jù)生成1 mol H2放出10.3 kJ熱量,計(jì)算滿足方程式中氫氣的物質(zhì)的量的熱量,即可正確書寫該熱化學(xué)方程式;
(2)①根據(jù)同主族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律、達(dá)到平衡狀態(tài)的標(biāo)志、平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系、平衡移動(dòng)的條件作出判斷;
②結(jié)合圖像信息,2Ga(l)+2NH3(g)=2GaN(s)+3H2(g),結(jié)合平衡時(shí)氨氣的體積分?jǐn)?shù),計(jì)算出平衡時(shí)的總壓強(qiáng),然后計(jì)算出氨氣、氫氣的分壓,最后計(jì)算反應(yīng)平衡常數(shù);
(3)電解精煉法提純鎵,結(jié)合粗銅的精煉,可以判斷出粗鎵作陽極,高純鎵作陰極,寫陽極產(chǎn)物的時(shí)候要注意鎵失去電子變?yōu)殒夒x子,鎵離子與溶液中的氫氧根離子結(jié)合生成GaO2-,然后GaO2-在陰極得電子生成鎵。
(1)鎵與氨氣在1100℃下反應(yīng)生成氮化鎵和氫氣,反應(yīng)的方程式為2Ga(l)+2NH3(g)=2GaN(s)+3H2(g),生成1 mol H2放出10.3 kJ熱量,故生成3 mol H2放出30.9 kJ熱量,該熱化學(xué)方程式為2Ga(l)+2NH3(g)=2GaN(s)+3H2(g) H= -30.9kJ/mol ;
(2)①a.鎵與鋁位于同一主族,同一主族從上到下,隨著核電荷數(shù)的增加,金屬性逐漸增強(qiáng),金屬性越強(qiáng),最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物的堿性越強(qiáng),故相同條件下,Ga(OH)3 的堿性比Al(OH)3強(qiáng),a正確;
b.當(dāng)反應(yīng)物濃度或生成物濃度隨著時(shí)間的改變而不變,反應(yīng)達(dá)到平衡,當(dāng)c(NH3)=c(H2)時(shí),反應(yīng)不一定達(dá)到了化學(xué)平衡狀態(tài),b錯(cuò)誤;
c.2Ga(l)+2NH3(g)=2GaN(s)+3H2(g) H= -30.9kJ/mol,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),溫度越高,平衡時(shí)氨氣的體積分?jǐn)?shù)越大,并且溫度越高,化學(xué)平衡常數(shù)越小,結(jié)合圖像可知,T1T2,KA< KC,c正確;
d.體積不變,溫度一定時(shí),達(dá)平衡后再充入氦氣(氦氣不參與反應(yīng)),反應(yīng)物、生成物的濃度不變,平衡不移動(dòng),故NH3的轉(zhuǎn)化率不變,d錯(cuò)誤;
②2Ga(l)+2NH3(g)=2GaN(s)+3H2(g) ,令反應(yīng)開始前向容器中充入xmol氨氣,達(dá)到平衡時(shí)氨氣的轉(zhuǎn)化率為b,故平衡時(shí)氨氣的物質(zhì)的量為x(1-b)mol,氫氣的物質(zhì)的量為1.5bxmol,B點(diǎn)時(shí),氨氣的體積分?jǐn)?shù)為0.4,即
=0.4,b=0.5,平衡時(shí)氨氣的物質(zhì)的量為0.5xmol,氫氣的物質(zhì)的量為0.75xmol,恒溫恒容的容器中,容器中總壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比,平衡后的壓強(qiáng)為p6,x:(0.5x+0.75x)=a:p6,p6=1.25aPa,平衡時(shí)氨氣的分壓為0.4×1.25aPa=0.5aPa,氫氣的分壓為0.6×1.25aPa=0.75aPa,Kp==1.7aPa ;
(3)①電解精煉法提純鎵,粗鎵作陽極,高純鎵作陰極,則M為負(fù)極,N為正極;由金屬的活動(dòng)性Zn>Ga>Fe>Cu可知,Fe、Cu沒有Ga活潑,在陽極不發(fā)生反應(yīng),Zn、Ga在陽極發(fā)生反應(yīng),故電解精煉鎵時(shí)產(chǎn)生陽極泥的主要成分是Fe、Cu;
②Ga與Al在周期表中位于同一主族,故Ga在陽極的電極反應(yīng)式為Ga-3e-+4OH-=GaO2-+2H2O,陰極的電極反應(yīng)式為GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-;
③陰極得到3.5g的鎵,n(Ga)==0.05mol,陰極的電極反應(yīng)式為GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-,由陰極電極反應(yīng)式可知,陰極得到3.5g的鎵,得到的電子的物質(zhì)的量為3×0.05mol=0.15mol,所以該電解裝置的電解效率η==75% 。
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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:
【題目】高純度單晶硅是典型的無機(jī)非金屬材料,又稱“半導(dǎo)體”材料,它的發(fā)現(xiàn)和使用曾引起計(jì)算機(jī)的一場“革命”。它可以按下列方法進(jìn)行制備:SiO2Si(粗) SiHCl3Si(純)。下列說法正確的是( )
A.反應(yīng)①的化學(xué)方程式為SiO2+CSi+CO2↑
B.反應(yīng)①②③中每生成或消耗1 mol Si,轉(zhuǎn)移4 mol電子
C.二氧化硅與氫氟酸反應(yīng),而硅不能與氫氟酸反應(yīng)
D.SiHCl3(沸點(diǎn)31.8 ℃)中含有少量的SiCl4(沸點(diǎn)57.6 ℃),通過蒸餾(或分餾)可提純SiHCl3
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【題目】鋅銅原電池(如圖)工作時(shí),下列敘述正確的是( )
A. 正極反應(yīng)為Zn-2e-==Zn2+
B. 電池反應(yīng)為Zn+Cu2+==Zn2++Cu
C. 鹽橋中的K+移向ZnSO4溶液
D. 在外電路中,電流從負(fù)極流向正極
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【題目】聚合物H( )是一種聚酰胺纖維,廣泛用于各種剎車片,其合成路線如下:
已知:①C、D、G均為芳香族化合物,分子中均只含兩種不同化學(xué)環(huán)境的氫原子。
②Diels-Alder反應(yīng):
(1)生成A的反應(yīng)類型是___________,F中所含官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)簡式為______________。
(2)B的結(jié)構(gòu)簡式是___________;“B→C”的反應(yīng)中,除C外,另外一種產(chǎn)物名稱是______。
(3)D+G→H的化學(xué)方程式是_____________________________________________。
(4)Q是D的同系物,相對(duì)分子質(zhì)量比D大14,則Q可能的結(jié)構(gòu)有______種,其中核磁共振氫譜有5組峰,且峰面積比為1:2:2:2:1的結(jié)構(gòu)簡式為_____________________。
(5)已知:乙炔與1,3-丁二烯也能發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)。請(qǐng)以1,3-丁二烯和乙炔為原料,選用必要的無機(jī)試劑合成,寫出合成路線______________。(合成路線流程圖示例:H2C=CH2 CH3CH2OH CH3COOC2H5)。
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【題目】Mg-VOCl2電池是一種基于陰離子傳導(dǎo)的新型二次電池,其簡化裝置示意圖如下?偡磻(yīng)為Mg+2VOCl2MgCl2+2VOCl,下列說法錯(cuò)誤的是
A.采用Mg作電極材料比Li的安全性更高
B.放電時(shí)正極反應(yīng)為VOCl2+e=VOCl+Cl
C.放電過程中Cl穿過復(fù)合離子液體向Mg移動(dòng)
D.為該電池充電時(shí)Mg電極應(yīng)與電源的正極相連
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【題目】銅鎘渣主要含鋅、銅、鐵、鎘(Cd)、鈷(Co)等單質(zhì)。濕法煉鋅產(chǎn)生的銅鎘渣用于生產(chǎn)金屬鎘的工藝流程如圖:
表中列出了相關(guān)金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH(金屬離子的起始濃度為0.1mol·L-1)
氫氧化物 | Fe(OH)3 | Fe(OH)2 | Cd(OH)2 |
開始沉淀的pH | 1.5 | 6.5 | 7.2 |
沉淀完全的pH | 3.3 | 9.9 | 9.5 |
(1)酸浸時(shí)粉碎銅鎘渣的目的是___。
(2)操作Ⅰ產(chǎn)生的濾渣主要成分為__(填化學(xué)式)。
(3)①操作Ⅲ中先加入適量H2O2,發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為__。
②再加入ZnO控制反應(yīng)液的pH,pH范圍為__,判斷依據(jù)是__。
③若加入的H2O2不足,加入ZnO后所得的電解液中會(huì)含有Fe元素。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案加以鑒別:__。
(4)處理含鎘廢水常用加入碳酸鈣實(shí)現(xiàn)沉淀轉(zhuǎn)化,該沉淀轉(zhuǎn)化的反應(yīng)方程式為___。除去工業(yè)廢水中的Cd2+時(shí),若反應(yīng)達(dá)到平衡后溶液中c(Ca2+)=0.1mol·L-1,溶液中c(Cd2+)=__mol·L-1[已知25℃,Ksp(CdCO3)=5.6×10-12,Ksp(CaCO3)=2.8×10-9]。
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【題目】已知:25℃時(shí)某些弱酸的電離平衡常數(shù)(如下表)。下面圖象表示常溫下稀釋CH3COOH、HClO兩種酸的稀溶液時(shí),溶液pH隨加水量的變化。下列說法正確的是( )
A.相同濃度CH3COONa和NaClO的混合液中,各離子濃度的大小關(guān)系是c(Na+)>c(ClO-)>c(CH3COO-)>c(OH-)>c(H+)
B.向NaClO溶液中通入少量二氧化碳的離子方程式為:2ClO-+CO2+H2O═2HClO+CO
C.圖象中a、c兩點(diǎn)處的溶液中相等(HR代表CH3COOH或HClO)
D.圖象中a點(diǎn)酸的濃度大于b點(diǎn)酸的濃度
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【題目】捕獲二氧化碳生成甲酸的過程如圖所示。下列說法正確的是(NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)
A.標(biāo)準(zhǔn)狀況下,22.4 L CO2中所含的電子數(shù)目為16NA
B.10.1 g N(C2H5)3中所含的極性共價(jià)鍵數(shù)目為2.1NA
C.2 mol Au與2 mol H2中所含的分子數(shù)目均為2NA
D.100 g 46%的甲酸水溶液中所含的氧原子數(shù)目為5NA
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【題目】在容積不變的密閉容器中存在如下反應(yīng):2A(g)+B(g)3C(g)+D(s)△H<0,在其他條件不變時(shí),改變某一條件對(duì)上述反應(yīng)的影響,下列分析不正確的是
A. 圖I表示增加反應(yīng)物濃度對(duì)該平衡的影響
B. 圖II表示減小壓強(qiáng)對(duì)該平衡的影響
C. 圖Ⅲ表示溫度對(duì)該平衡的影響,溫度:乙>甲
D. 圖IV表示催化劑對(duì)該平衡的影響,催化效率:甲>乙
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