Question

金属镓是由门捷列夫第一个预言成真的元素，有“电子工业脊梁”的美誉，它与铝同主族，其氧化物和氢氧化物均为两性化合物，镓及其化合物应用广泛。粉煤灰中可以提取镓，粉煤灰中的主要成分为Ga₂O₃，含CaO、SiO₂、Al₂O₃等杂质。镓的熔点较低（29.8℃）.沸点很高（2403℃）。

（1）滤渣1的主要成分为：___________。

（2）为了提高溶浸效率可以采用的措施有（写两种）：____________。

（3）写出镓单质与氢氧化钠溶液反应的离子方程式：___________。

（4）其他镓的化合物在生活和前沿科技上有广泛应用，根据已学知识回答下列问题：

①GaCl₃溶液制备GaCl₃固体，应如何操作：_________。

②当代工业上固态氮化镓（GaN）的制备方法是利用镓与NH₃在1000℃高温下合成，同时生成氢气，每消耗1 mol Ga时放出15.135 kJ热量。该可逆反应的热化学方程式是______。

（5）下表是两种两性氢氧化物的电离常数。

将一块镓铝合金完全溶于烧碱溶液，再往反应后的溶液中缓缓通入CO₂，最先析出的氢氧化物是____。

（6）电解法可以提纯粗镓（内含Zn、Fe、Cu等杂质），以NaOH水溶液为电解质，在阴极析出高纯度的镓，请写出阴极电极反应：_____（离子氧化顺序为：Zn^2＋<Ga^3＋<Fe^2＋）。

Answer

CaCO3、SiO2 升温、粉碎(其它合理答案均可) 2Ga+2OH-+2H2O=2GaO2-+3H2↑ 在HCl气流中加热蒸干 2Ga(l)+ 2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g) =-30.27kJ/mol Al(OH)3 GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-

【解析】

(1)粉煤灰中的主要成分为Ga2O3，含CaO、SiO2、Al2O3等杂质，加入Na2CO3溶液中发生反应CaO+H2O=Ca(OH)2，Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH，Ga2O3+2NaOH=2NaGaO2+H2O，Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O，SiO2不溶于水，据此分析；

(2)提高溶浸效率可以采用的措施有升高温度、增大反应物接触面积等方法；

(3)镓与铝化学性质相似，与氢氧化钠溶液反应的离子方程式形式也类似；

(4)①用GaCl3溶液制备GaCl3固体，要考虑Ga3+的水解；

②根据题目中的条件写出热化学方程式；

(5)根据强制弱原理进行分析；

(6)因是NaOH为电解质，所以Ga3+只能以GaO2-形式存在，据此分析。

(1)粉煤灰中的主要成分为Ga2O3，含CaO、SiO2、Al2O3等杂质，加入Na2CO3溶液中发生反应CaO+H2O=Ca(OH)2，Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH，Ga2O3+2NaOH=2NaGaO2+H2O，Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O，SiO2不溶于水，过滤后得滤渣1为CaCO3、SiO2；

(2)提高溶浸效率可以采用的措施有升温、粉碎等方法；

(3)镓与铝化学性质相似，镓单质与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为：2Ga+2OH-+2H2O=2GaO2-+3H2↑；

(4)①用GaCl3溶液制备GaCl3固体，为了抑制Ga3+水解，需要在HCl气流中加热蒸干；

②镓与NH3在1000℃高温下合成GaN，同时生成氢气，化学方程式为：2Ga+ 2NH32GaN+3H2，每消耗1 mol Ga时放出15.135 kJ热量，则该反应的热化学方程式为：2Ga(l)+ 2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g) =-30.27kJ/mol；

(5)由Al(OH)3和Ga(OH)3的酸式电离常数可知，Al(OH)3的酸性更弱，根据强制弱原理，酸性弱的先析出，所以Al(OH)3先析出；

(6)因是NaOH为电解质，所以Ga3+只能以GaO2-形式存在，阴极电极反应为：GaO2-+3e-+2H2O=Ga+4OH-。