Question

【題目】金屬鎵(Ga)應用廣泛，在半導體和光電材料、合金、磁性材料等領域都有重要應用。鎵與鋁是同主族元素，性質相似。

(1)鋁在元素周期表中的位置是__________________。

(2)GaAs 是一種重要的半導體材料。As 與 Ga 同周期，As 與 N 同主族。

①下列事實不能用元素周期律解釋的是___________(填字母)。

a. 堿性：Ga (OH)3> Al (OH)3 b. 非金屬性：As>Ga c. 酸性：H3AsO4>H3AsO3

②GaAs 中，As 元素化合價為-3 價，用原子結構理論解釋原因_________________。

③廢棄含 GaAs 半導體材料可以用濃硝酸溶解 GaAs，生成 H3AsO4 和 Ga3+，寫出該反應的化學方程式_________。

(3)工業上獲取鎵的方法之一是從閃鋅礦冶鋅后的殘渣(主要含有 Zn、Pb、Fe、Ga 等元素)中提取，某科研單位設計下述流程提取鎵，已知：Ga 在堿性溶液中以[Ga(OH)4]- 形式存在。

①試劑 a 是_______________。

②寫出電解制鎵時的陰極電極反應式__________________。

Answer 1

【答案】第三周期第ⅢA族 c Ga與As同周期，電子層數相同，核電荷數：As＞Ga，原子半徑：As＜Ga，得電子能力：As＞Ga，元素的非金屬性：As＞Ga，因此GaAs中As顯負價，As與N同主族，最外層電子數為5，所以As為-3價 GaAs+11HNO3=Ga(NO3)3+8NO2↑+ H3AsO4+4H2O ZnO [Ga(OH)4]- +3e-=Ga+4OH-

【解析】

(1)Al是13號元素，位于元素周期表的第三周期第ⅢA族，故答案為：第三周期第ⅢA族；

(2)①a．鎵與鋁是同主族元素，同主族元素從上到下金屬性增強，故Ga的金屬性強于Al，所以堿性：Ga (OH)3> Al (OH)3，能用元素周期律解釋，a不滿足題意；

b．As與Ga同周期，Ga與Al是同主族元素，則Ga位于第ⅢA族，As 與 N 同主族，則As位于第ⅤA族，同周期元素從左往右，非金屬性增強，故非金屬性：As>Ga，能用元素周期律解釋，b不滿足題意；

c．H3AsO4和H3AsO3都是As的含氧酸，二者的酸性不能用元素周期律解釋，c滿足題意；

故答案為：c；

②Ga與As同周期，電子層數相同，核電荷數：As＞Ga，原子半徑：As＜Ga，得電子能力：As＞Ga，元素的非金屬性：As＞Ga，因此GaAs中As顯負價，As與N同主族，最外層電子數為5，所以As為-3價，故答案為：Ga與As同周期，電子層數相同，核電荷數：As＞Ga，原子半徑：As＜Ga，得電子能力：As＞Ga，元素的非金屬性：As＞Ga，因此GaAs中As顯負價，As與N同主族，最外層電子數為5，所以As為-3價；

③由題意可知GaAs作還原劑，濃HNO3作氧化劑，氧化產物為H3AsO4，濃硝酸對應的還原產物為NO2，結合電子得失守恒、原子守恒可寫出該反應的化學方程式為：GaAs+11HNO3=Ga(NO3)3+8NO2↑+ H3AsO4+4H2O，故答案為：GaAs+11HNO3=Ga(NO3)3+8NO2↑+ H3AsO4+4H2O；

(3)①為提高浸取率，“H2SO4酸浸”時H2SO4應過量，濾液1顯酸性，試劑a能消耗H+，使pH增大，同時不引入新的雜質，可用ZnO，故答案為：ZnO；

②Ga在堿性溶液中以[Ga(OH)4]- 形式存在，電解制鎵，則陰極為[Ga(OH)4]-得電子生成Ga，陰極電極反應為：[Ga(OH)4]- +3e-=Ga+4OH-，故答案為：[Ga(OH)4]- +3e-=Ga+4OH-。