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【题目】镓是一种低熔点高沸点的稀有金属,有“电子工业脊梁”的美誉,被广泛应用到光电子工业和微波通信工业;镓(Ga)与铝位于同一主族,金属镓的熔点是29.8℃,沸点是2403℃。

(1)工业上利用Ga(l)NH3(g)1000℃高温下合成半导体固体材料氮化镓(GaN),同时生成氢气,每生成lmol H2时放出10.3 kJ热量。写出该反应的热化学方程式__________________

(2)在密闭容器中,充入一定量的GaNH3发生反应,实验测得反应平衡体系中NH3的体积分数与压强P和温度T的关系曲线如图1所示。

1A点和C点化学平衡常数的大小关系是:KA_____KC,(填“<”、“=”或“>”),理由是__________________________________________________

该反应在T1P6条件下至3min时达到平衡,此时改变条件并于D点处重新达到平衡,H2的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示(3~4 min的浓度变化未表示出来),则改变的条件为__________(仅改变温度或压强中的一种)。

(3)若用压强平衡常数Kp表示,此时B点对应的Kp__________(用含P6的式子表示)(Kp为压强平衡常数,用平衡分压代替平衡浓度计算,气体平衡分压=总压×气体体积分数)

(4)电解精炼法提纯镓的具体原理如下:以粗镓(含Zn、Fe、Cu杂质)为阳极,以高纯镓为阴极,以NaOH溶液为电解质。在电流作用下使粗镓溶解进入电解质溶液,并通过某种离子迁移技术到达阴极并在阴极放电析出高纯镓。

①已知离子氧化性顺序为:Zn2<Ga3<Fe2<Cu2。电解精炼镓时阳极泥的成分是_________

②阳极溶解生成的Ga3NaOH溶液反应生成GaO2-,写出GaO2-在阴极放电的电极反应式是_____________

【答案】 2Ga(l)+2NH3(g)=2GaN(s)+3H2(g) ΔH=-30.9 kJ·mol-1 由第1问可知该反应为放热反应,其他条件一定时,温度升高, 平衡逆向移动,此时NH3的体积分数越大而K值减小 减小压强 Fe、Cu GaO2- + 3e- + 2H2O = Ga+4OH-

【解析】(1)反应的方程式为2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g),生成3mol H2时放出30.9kJ的热量,可知热化学方程式为2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)H=-30.9kJ/mol,故答案为:2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)H=-30.9kJ/mol;

(2)2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)H=-30.9kJ/mol,为放热反应,对于放热反应而言,温度升高,平衡逆向移动,K减小,A点平衡常数小于C点平衡常数,故答案为:<;对于放热反应而言,其他条件一定时,温度升高, 平衡逆向移动,此时NH3的体积分数越大而K值减小;

②结合图示,改变的外界条件是降低压强,气体的体积增大氢气的浓度减小,平衡向气体体积增大的方向进行,随后,氢气的浓度又逐渐增大,但会小于原平衡的浓度,故答案为:减小压强;

(3)2Ga(s)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g),用某组份(B)的平衡压强(PB)代替物质的量浓度(CB)也可以表示平衡常数(记作Kp),且PB=P×B的体积分数。则该反应的化学平衡常数表达式(Kp)==,故答案为:

(4)①离子氧化性顺序为:Zn2+<Ga3+<Fe2+<Cu2+,则金属还原性顺序为Zn>Ge>Fe>Cu,则阳极上Zn、Ge失电子进入电解质溶液,Fe、Cu以金属单质形成阳极泥,则阳极泥成分是Fe、Cu,故答案为:FeCu;

②镓在阳极溶解生成的Ga3+NaOH溶液反应生成GaO2-,该反应的离子方程式为Ga3++4OH-=GaO2-+2H2O;阴极上GaO2-得电子发生还原反应生成Ga,电极反应式为GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-;故答案为:GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-

练习册系列答案
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【题目】2017年采用中国自主知识产权的全球首套煤基乙醇工业化项目投产成功。某地煤制乙醇的过程表示如下。

(1)Cu(NO3)2是制备“催化剂X”的重要试剂。

① 气体A是_______

② 实验室用Cu(NO3)2固体配制溶液,常加入少量稀HNO3。运用化学平衡原理简述HNO3的作用_______

③ NaClO溶液吸收气体A的离子方程式是_______

(2)过程a包括以下3个主要反应:

Ⅰ.CH3COOCH3(g)+2H2(g)C2H5OH(g)+CH3OH(g) ΔH1

Ⅱ.CH3COOCH3(g)+C2H5OH(g)CH3COOC2H5 (g)+CH3OH(g) ΔH2

Ⅲ.CH3COOCH3(g)+H2(g)CH3CHO(g)+CH3OH(g) ΔH3

相同时间内,测得CH3COOCH3转化率、乙醇和乙酸乙酯的选择性(如乙醇选择性= )如下图所示。

① 已知:ΔH1 < 0。随温度降低,反应Ⅰ化学平衡常数的变化趋势是_______

② 下列说法不合理的是________

A.温度可影响反应的选择性

B.225℃~235℃,反应Ⅰ处于平衡状态

C.增大H2的浓度,可以提高CH3COOCH3的转化率

③ 为防止“反应Ⅲ”发生,反应温度应控制的范围是_______

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试回答下列问题:

(1)其中操作正确的同学是____________,若丙同学实验中不停止加热,会看到___________

(2)氢氧化铁胶体制备的化学方程式为_______________________________

(3)证明有氢氧化铁胶体生成利用的胶体性质是_______,提纯所制氢氧化铁胶体常用的方法是________

(4)利用氢氧化铁胶体进行实验:

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