Question

氮化镓(GaN)被称为第三代半导体材料，其应用取得了突破性的进展。一种镍催化法生产GaN的工艺如图：

(1)“热转化”时Ga转化为GaN的化学方程式是_____。

(2)“酸浸”的目的是_____，“操作Ⅰ”中包含的操作是_____。

某学校化学兴趣小组在实验室利用图装置模拟制备氮化镓：

(3)仪器X中的试剂是_____，仪器Y的名称是_____，装置G的作用是_____。

(4)加热前需先通入一段时间的H₂，原因是_____。

(5)取某GaN样品m克溶于足量热NaOH溶液，发生反应 GaN+OH^﹣+H₂OGaO₂^-+NH₃↑，用H₃BO₂溶液将产生的NH₃完全吸收，滴定吸收液时消耗浓度为c mol/L的盐酸V mL，则样品的纯度是_____。（已知：NH₃+H₃BO₃=NH₃•H₃BO₃；NH₃•H₃BO₃+HCl=NH₄Cl+H₃BO₃）

(6)科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统，成功地实现了用CO₂和H₂O合成CH₄，请写出铜极的电极反应式_____。

Answer

2Ga+2NH32GaN+3H2 除去GaN中混有的少量Ni 过滤、洗涤、干燥 浓氨水 球形干燥管 除去未反应完的NH3，防止污染空气 排除装置中的空气，避免空气与镓反应产物不纯，防止氢气与氧气爆炸 % CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O

【解析】

由流程可知，热转化时Ga和NH3在高温条件下反应生成GaN和H2；加盐酸可除去Ni，过滤分离出GaN；由制备装置可知，A中Zn与稀硫酸反应生成H2，利用H2将装置内的空气排出防止金属被氧化，B中浓硫酸可干燥H2，X为氨水，C中制备NH3，Y为碱石灰可干燥NH3，E中NH3与Ga反应可制备GaN，F可防止倒吸，G中稀硫酸可吸收尾气，以此来解答。

(1)Ga和NH3在高温条件下反应生成GaN和H2，反应方程式为2Ga+2NH32GaN+3H2；

(2)“酸浸”的目的是除去GaN中混有的少量Ni，“操作Ⅰ”中包含的操作是过滤、洗涤、干燥；

(3)仪器X中的试剂是浓氨水，将氨水滴入盛有CaO的烧瓶中发生反应制取NH3，仪器Y的名称是球形干燥管，盛有碱石灰，作用是干燥氨气；装置G的作用是吸收过量的氨气，防止污染环境；

(4)加热前需先通入一段时间的H2，原因是排出空气，防止金属被氧化，同时防止氢气与氧气混合气体点燃爆炸；

(5)由GaN+OH-+H2OGaO2-+NH3↑、NH3+H3BO3=NH3•H3BO3、NH3•H3BO3+HCl=NH4Cl+H3BO3，可知n(GaN)=n(HCl)，则样品的纯度是×100%=%；

(6)根据图示可知：Cu是正极，正极上CO2得电子和H+反应生成CH4，因此正极的电极反应式为：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。