Question

【題目】金屬鎵是一種廣泛用于電子和通信領域的重要金屬，其化學性質與鋁相似。

(1)工業上提純鎵的方法有很多，其中以電解精煉法為主。具體原理如下:以待提純的粗鎵(含有Zn、Fe、Cu雜質)為陽極，以高純鎵為陰極，以NaOH水溶液為電解質溶液。在電流作用下使粗鎵在陽極溶解進入電解質溶液，通過某種離子遷移技術到達陰極并在陰極放電析出高純鎵。

①已知離子的氧化性順序為Zn2+<Ga3+<Fe2+<Cu2+電解精煉鎵時陽極泥的成分為________。

②GaO2— 在陰極放電的電極反應式為______。

(2)工業上利用固態Ga與NH3在高溫條件下合成固態半導體材料氮化鎵(GaN)，同時有氫氣生成。反應過程中每生成3 mol H2，放出30.8 kJ的熱量。

①該反應的熱化學方程式為______。

②一定條件下，一定量的Ga與NH3進行上述反應，下列敘述符合事實且可作為判斷反應已達到平衡狀態的標志的是______(填字母)。

A. 恒溫恒壓下，混合氣體的密度不變

B. 斷裂3 mol H—H鍵，同時斷裂2 mol N—H鍵

C. 恒溫恒壓下，反應達到平衡時,向反應體系中加入 2 mol H2，NH3的消耗速率等于原平衡時NH3的消耗速率

D. 恒溫恒容下， NH3 與H2的物質的量濃度之比為2︰3

Answer 1

【答案】Fe、Cu GaO2-+2H2O+3e-=Ga+4OH- Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g) ΔH= —30.8 kJ·mol-1 AC

【解析】

（1）①離子氧化性順序為：Zn2＋＜Ga3＋＜Fe2＋＜Cu2＋，則金屬還原性順序為Zn＞Ga＞Fe＞Cu，則陽極上Zn、Ga失電子進入電解質溶液，Fe、Cu以金屬單質進入電解質溶液；

②陰極上GaO2－得電子發生還原反應生成Ga；

（2）①反應的方程式為2Ga（s）+2NH3（g）2GaN（s）+3H2（g），結合生成3mol H2時放出30.8kJ的熱量，可知反應熱，進而書寫熱化學方程式；

②可逆反應達到平衡狀態時，正逆反應速率相等，反應體系中各物質的物質的量、物質的量濃度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不變；

（1）①離子氧化性順序為：Zn2＋＜Ga3＋＜Fe2＋＜Cu2＋，則金屬還原性順序為Zn＞Ga＞Fe＞Cu，則陽極上Zn、Ga失電子進入電解質溶液，Fe、Cu以金屬單質進入電解質溶液，則陽極泥成分是Fe、Cu；

②陰極上GaO2－得電子發生還原反應生成Ga，電極反應式為GaO2－+3e－+2H2O=Ga+4OH－；

（2）①反應的方程式為2Ga（s）+2NH3（g）2GaN（s）+3H2（g），結合生成3mol H2時放出30.8kJ的熱量，可知熱化學方程式為2Ga（s）+2NH3（g）2GaN（s）+3H2（g）△H=-30.8kJ·mol－1；

②反應為氣體體積增大的反應，

A．恒溫恒壓下，氣體質量不變，體積不變，混合氣體的密度不變說明反應達到平衡狀態，故A正確；

B．斷裂3molH-H鍵，同時斷裂6molN-H鍵，正逆反應速率相同，斷裂3molH-H鍵，同時斷裂2molN-H鍵，正逆反應速率不同，故B錯誤；

C．恒溫恒壓下達平衡，加入2molH2使平衡逆向移動，體積減小壓強增大，NH3的消耗速率等于原平衡時NH3的消耗速率，平衡不變，反應達到平衡狀態，故C正確；

D．反應為放熱反應，升高溫度反應速率增大，平衡逆向進行，氫氣的生成速率先減小再增大，最后不變，故D錯誤；

故選AC；