Question

【題目】金屬鎵有“電子工業脊梁”的美譽，鎵及其化合物應用廣泛。

（1）一種鎳催化法生產GaN的工藝如圖：

①鎵（Ga）的原子結構示意圖為，鎵元素在周期表中的位置是___。

②“熱轉化”時Ga轉化為GaN的化學方程式是___。

③“酸浸”操作目的是___。

（2）某學校化學興趣小組在實驗室利用如圖裝置模擬制備氮化鎵：

①儀器X中的試劑是__，加熱前需先通入一段時間的H2，原因是__。

②取某GaN樣品m克溶于足量熱NaOH溶液，發生反應GaN+OH﹣+H2OGaO2-+NH3↑，用H3BO3溶液將產生NH3完全吸收，滴定吸收液時消耗濃度為cmol/L的鹽酸VmL，則樣品的純度是___。

已知：NH3+H3BO3=NH3H3BO3；NH3H3BO3+HCl=NH4Cl+H3BO3

Answer 1

【答案】第四周期ⅢA族 2Ga+2NH32GaN+3H2 除去GaN中混有的少量Ni 濃氨水 排除裝置中的空氣，避免空氣與鎵反應，使產物不純，防止氫氣與氧氣爆炸 %

【解析】

(1)由流程圖可知，在少量Ni做催化劑作用下，Ga粉與氨氣高溫下反應生成GaN和H2，反應得到混有Ni的GaN混合物，向反應后的固體中加入稀鹽酸，Ni溶于稀鹽酸生成可溶的氯化鎳，GaN不與稀鹽酸反應，過濾、洗滌、干燥得到GaN；

(2)由實驗裝置圖可知，實驗時，應先制備氫氣，利用氫氣排除裝置中的空氣，避免空氣與鎵反應，防止空氣中氧氣和反應生成的氫氣加熱混合發生爆炸，當裝置中空氣排盡后，再用濃氨水與氧化鈣反應制備氨氣，在少量Ni做催化劑作用下，Ga粉與氨氣加熱反應生成GaN和H2，由于氨氣與稀硫酸反應，在吸收裝置前連接一個空載儀器，起防止倒吸的作用。

(1)鎵的原子結構示意圖為可知，鎵原子有4個電子層，最外層有3個電子，則鎵元素位于周期表第四周期ⅢA族，故答案為：第四周期ⅢA族；

②由流程圖可知，“熱轉化”的過程為在少量Ni做催化劑作用下，Ga粉與氨氣高溫下反應生成GaN和H2，反應的化學方程式為2Ga+2NH32GaN+3H2，故答案為：2Ga+2NH32GaN+3H2；

③由分析可知反應得到混有Ni的GaN混合物，酸浸的目的是使Ni溶于稀鹽酸，除去GaN中混有的少量Ni，故答案為：除去GaN中混有的少量Ni；

(2)①儀器X中的試劑是濃氨水，目的是用濃氨水與氧化鈣反應制備氨氣；空氣中的氧氣能與鎵反應，且鎵與氨氣反應生成的氫氣能與空氣中氧氣反應，發生爆炸，所以加熱前需先通入一段時間的H2，排除裝置中的空氣，避免空氣與鎵反應，使產物不純，防止氫氣與氧氣爆炸，故答案為：排除裝置中的空氣，避免空氣與鎵反應，使產物不純，防止氫氣與氧氣爆炸；

②由題給化學方程式可得如下關系式：GaN—NH3—NH3H3BO3—HCl，由關系式可知n（GaN）=n（HCl）=10-3cVmol，則樣品的純度為×100%=%，故答案為：%。