Question

【題目】金屬鎵(Ga)應(yīng)用廣泛，在半導(dǎo)體和光電材料、合金、磁性材料等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。鎵與鋁是同主族元素，性質(zhì)相似。

(1)鋁在元素周期表中的位置是_________。

(2)GaAs 是一種重要的半導(dǎo)體材料。As 與 Ga 同周期，As 與 N 同主族。

①下列事實(shí)不能用元素周期律解釋的是___________(填字母)。

a. 堿性：Ga (OH)3> Al (OH)3 b. 非金屬性：As>Ga c. 酸性：H3AsO4>H3AsO3

②GaAs 中，As 元素化合價為-3 價，用原子結(jié)構(gòu)理論解釋原因_________________。

③廢棄含 GaAs 半導(dǎo)體材料可以用濃硝酸溶解 GaAs，生成 H3AsO4 和 Ga3+，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式_________。

(3)工業(yè)上獲取鎵的方法之一是從閃鋅礦冶鋅后的殘渣(主要含有 Zn、Pb、Fe、Ga 等元素)中提取，某科研單位設(shè)計下述流程提取鎵，已知：Ga 在堿性溶液中以[Ga(OH)4]- 形式存在。

①試劑 a 是_____。

②寫出得到濾液 3 的離子方程式_______________。

③寫出電解制鎵時的陰極電極反應(yīng)式__________________。

Answer 1

【答案】第三周期第 IIIA 族 c Ga 與As 電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)：As > Ga，原子半徑：As < Ga，得電子能力：As > Ga，元素的非金屬性：As > Ga，因此，GaAs 中 As 為負(fù)價；As 與N 同主族，最外層 5 個電子，最低負(fù)化合價為-3 GaAs+HNO3(濃) =Ga(NO3)3+8NO2↑+H3AsO4+4H2O ZnO Ga(OH)3+OH- = [Ga(OH)4]- [Ga(OH)4]- +3e- = Ga+ 4OH-

【解析】

(1)鋁是13號元素，鋁在元素周期表中的位置是第三周期第 IIIA 族。故答案為：第三周期第 IIIA 族；

(2)①a. 同周期，從左到右元素的金屬逐漸減弱，堿性：Ga (OH)3> Al (OH)3，故不選；

b. 同周期，從左到右元素非金屬逐漸增強(qiáng)，非金屬性：As>Ga，故不選；

c. 非羥基氧越多，含氧酸的酸性越強(qiáng)，酸性：H3AsO4>H3AsO3，故選；

故答案為：c；

②GaAs 中，As 元素化合價為-3 價，用原子結(jié)構(gòu)理論解釋原因：Ga 與As 電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)：As > Ga，原子半徑：As < Ga，得電子能力：As > Ga，元素的非金屬性：As > Ga，因此，GaAs 中 As 為負(fù)價；As 與N 同主族，最外層 5 個電子，最低負(fù)化合價為-3。故答案為：Ga 與As 電子層數(shù)相同，核電荷數(shù)：As > Ga，原子半徑：As < Ga，得電子能力：As > Ga，元素的非金屬性：As > Ga，因此，GaAs 中 As 為負(fù)價；As 與N 同主族，最外層 5 個電子，最低負(fù)化合價為-3；

③廢棄含 GaAs 半導(dǎo)體材料可以用濃硝酸溶解 GaAs，生成 H3AsO4 和 Ga3+，硝酸被還原成NO2，反應(yīng)的化學(xué)方程式GaAs+HNO3(濃) = Ga(NO3)3+8NO2↑+H3AsO4+4H2O。故答案為：GaAs+HNO3(濃) = Ga(NO3)3+8NO2↑+H3AsO4+4H2O；

(3)閃鋅礦冶鋅后的殘渣(主要含有 Zn、Pb、Fe、Ga 等元素)酸浸后得到：濾渣1中含PbSO4，濾液1中含有 Zn2＋、Fe2＋、Ga3＋，加ZnO調(diào)節(jié)pH =9，得濾渣2，主要成分為Fe(OH)3、Ga(OH)3，加入濃NaOH溶液，發(fā)生Ga(OH)3+OH- = [Ga(OH)4]-，過濾得濾渣3為Fe(OH)3、濾液3，電解制鎵。

①試劑 a 是ZnO。故答案為：ZnO；

②由題中信息：Ga 在堿性溶液中以[Ga(OH)4]- 形式存在，得到濾液 3 的離子方程式Ga(OH)3+OH- = [Ga(OH)4]-。故答案為：Ga(OH)3+OH- = [Ga(OH)4]-；

③電解制鎵時的陰極得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式[Ga(OH)4]- +3e- = Ga+ 4OH-。故答案為：[Ga(OH)4]- +3e- = Ga+ 4OH-。