Question

氨气常用作致冷剂及制取铵盐和氮肥，是一种用途广泛的化工原料。金属镓是一种广泛用于电子工业 和通讯领域的重要金属，镓元素(₃₁Ga)在元素周期表中位于第四周期 IIIA 族，化学性质与铝元素相似。

(1)如图是当反应器中按 n(N₂):n(H₂)=1:3 投料后，在 200℃、400℃、600℃下，反应达到平衡时，混合物中 NH₃的物质的量分数随压强的变化曲线。

①曲线 a 对应的温度是_____________。

②关于工业合成氨的反应，下列叙述正确的是____________（填字母）。

A．及时分离出 NH₃ 可以提高 H₂ 的平衡转化率

B．根据勒夏特列原理，一般采用高温下发生反应

C．上图中 M、N、Q 点平衡常数 K 的大小关系是 K(M) ＝ K(Q) >K(N)

③M 点对应的 H₂ 转化率是____________。

(2)工业上利用 Ga 与 NH₃ 合成固体半导体材料氮化镓(GaN)同时有氢气生成。反应中，生成 3 mol H₂ 时就会放出30.8 kJ 的热。

①该反应的热化学方程式是____________________。

②反应的化学平衡常数表达式是____________。

③在恒温恒容的密闭体系内进行上述可逆反应，下列有关表达正确的是____________。

A．I 图像中如果纵坐标为正反应速率，则 t 时刻改变的条件可以为升温

B．II 图像中纵坐标可以为镓的转化率

C．III 图像中纵坐标可以为化学反应速率

D．Ⅳ图像中纵坐标可以为体系内混合气体平均相对分子质量

④氮化镓(GaN)性质稳定，但能缓慢的溶解在热的 NaOH 溶液中，该反应的离子方程式是：___________________。

(3)将一块镓铝合金完全溶于烧碱溶液中得到溶液 X。己知：

	Al(OH)3	Ga(OH)3
酸式电离常数 Ka	2×10^－^11	1×10^－^7
碱式电离常数 Kb	1.3×10^－^33	1.4×10^－^34

往 X 溶液中缓缓通入 CO₂，最先析出的氢氧化物是____________。

(4)工业上以电解精炼法提炼镓的原理如下：以待提纯的粗镓（内含 Zn、Fe、Cu 杂质）为阳极，以高纯镓为阴极，以 NaOH 水溶液为电解质溶液。在电流作用下使粗镓在阳极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己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____________。

②GaO₂^－  在阴极放电的电极方程式是___________。

Answer

200℃ AC 75% 2Ga(s) + 2NH3(g)＝2GaN(s) + 3H2(g) △H＝－30.8kJ/mol K＝ A GaN + H2O +OH－=NH3↑+ GaO2－ Al(OH)3 Fe、Cu GaO2－+ 3e－+2H2O ＝Ga + 4OH－

【解析】

（1）根据平衡移动原理及平衡常数表达式分析解答；（2）根据热化学方程式书写规范及平衡常数表达式分析解答；（3）根据平衡常数的大小比较物质的溶解性；（4）根据电解精炼原理及放电顺序分析解答。

（1）①合成氨反应放热，温度降低，平衡正方向移动，氨气的百分含量越高，所以，曲线a对应的温度是200℃，故答案为：200℃；

②A. 减小生成物浓度平衡正向移动，及时分离出NH3可以提高H2的平衡转化率，故A正确；

B. 升高温度，可以加快反应速率，但根据勒夏特列原理，升高温度，平衡逆向移动，降低了氨气的百分含量，所以不宜采用过高温度，故B错误；

C. K只受温度影响，该反应温度升高时K值减小，b是400℃，c是600℃，上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)>K(N)，故C正确；故答案为：AC；

③

据题意M点时： ，x=，则氢气的转化率为 ，故答案为：75%；

（2）①根据热化学方程式书写规则得：2Ga(s) + 2NH3(g)＝2GaN(s) + 3H2(g) △H＝－30.8kJ/mol；

②该反应的平衡常数表达式为：K＝；

③A．升高温度，反应速率加快，同时平衡向逆方向移动，反应物的浓度增大，正反应速率增大，当达到新的平衡，正反应速率保持不变，故A正确；

B．该反应为气体体积增大的反应，增大压强，平衡向逆反应移动，镓的转化率应该降低，故B错误；

C．镓为固体，质量增大，对反应速率基本无影响，故C错误；

D．根据反应方程式知，正反应方向混合气体的平均相对分子质量减小，升高温度，平衡逆向移动，混合气体平均相对分子质量应该增大；故D错误。

④由题干信息知，镓的化学性质与铝相似，则氮化镓(GaN)在碱性条件下水解生成氨气和GaO2-，该反应的离子方程式是：GaN + H2O +OH-=NH3↑+ GaO2-；

故答案为：2Ga(s) + 2NH3(g)＝2GaN(s) + 3H2(g) △H＝-30.8kJ/mol；K＝；A；GaN + H2O +OH-=NH3↑+ GaO2-；

（3）所得的溶液中存在平衡：H++H2O+GaO2−⇌Ga(OH)3，H++H2O+AlO2−⇌Al(OH)3，Al(OH)3的电离平衡常数更小，故溶液中通入二氧化碳，先析出Al(OH)3沉淀，故答案为：Al(OH)3；

（4）①离子氧化性顺序为：Zn2+Ga>Fe>Cu，则阳极上Zn、Ge失电子进入电解质溶液，Fe、Cu以金属单质进入电解质溶液，则阳极泥成分是Fe、Cu，故答案为：Fe、Cu；

②②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－。