Question

【題目】氮化鎵()材料具有低的熱產生率和高的擊穿電場，是制造大功率和高頻微波電子器件的理想半導體材料。

已知：①Ga和Al同主族且相鄰，化學性質與鋁相似；②在室溫下，氮化鎵不溶于水，硬度高，熔點高，能與熱的堿溶液緩慢反應。

(1)配平氮化鎵制備的化學方程式：□Ga(l)+□NH3(g)□GaN(s)+□H2(g)+QkJ(Q＞0)_____________

(2)上述反應的平衡常數表達式K=_____________；在恒溫恒容密閉容器中制備氮化鎵，下列有關說法正確的是_____________

A.Ⅰ圖像中如果縱坐標為正反應速率，則t時刻改變的條件可能是加壓

B.Ⅱ圖像中縱坐標可以為鎵的轉化率

C.Ⅲ圖像中縱坐標可以為化學反應速率

D.Ⅳ圖像中縱坐標可以為平衡常數

(3)Ga最外層電子的核外電子排布式___________________，N核外能量最高的電子亞層上電子云空間伸展方向有_____________種；

(4)氮化鎵的晶體類型_____________，氮化鋁和氮化鎵晶體類型相同，且結構相似，比較兩者熔點的高低并解釋原因_____________________________________________________________；

(5)寫出氮化鎵溶于熱的NaOH溶液的離子方程式____________________________________。

Answer 1

【答案】2223 K= AD 4s24p1 3 原子晶體 熔點AlN＞GaN，晶體類型相同，結構相似，原子半徑Al＜Ga，氮鋁鍵比氮鎵鍵更穩定，所以AlN熔點更高 GaN+OH-+H2OGaO2-+NH3↑

【解析】

(1)根據氧化還原反應規律配平氮化鎵制備的化學方程式；

(2)根據平衡常數的定義書寫表達式；結合外界條件變化對平衡體系的影響分析判斷圖像；

(3)Ga為31號元素，根據構造理論書寫核外電子排布式，進而判斷最外層電子排布式；根據N的核外電子排布式分析判斷電子的伸展方向；

(4)氮化鎵不溶于水，硬度高，熔點高，據此分析晶體類型；晶體類型相同，結構相似，原子半徑Al＜Ga，結合鍵能大小分析判斷；

(5)根據已知信息提供的Ga化學性質，能與熱的堿溶液緩慢反應，類比Al的性質，氮化鎵與熱的NaOH溶液反應生成NaGaO2和NH3，據此書寫方程式。

(1)Ga元素由0價變為+3價，H元素由+1價變為0價，根據氧化還原反應電子得失守恒，配平氮化鎵制備的化學方程式為：2Ga(l)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)；

(2)平衡常數的定義為平衡時生成物濃度的計量系數次冪的乘積與反應物濃度計量系數次冪的乘積的比值；注意純液體和固體沒有濃度變化量，不寫入平衡常數表達式，則根據反應2Ga(l)+2NH3(g) 2GaN(s)+3H2(g)，平衡常數的表達式K=；

結合外界條件變化對平衡體系的影響

A．則t時刻改變的條件可能是加壓，增大壓強，反應率加快，反應逆向移動，逆反應速率大于正反應速率，與Ⅰ圖像相符，故A正確；

B．增大壓強，反應率加快，反應逆向移動，鎵的含量增大，轉化率降低，與Ⅱ圖像不符，故B錯誤；

C．鎵在反應體系中為純液體，沒有濃度變化量，增大鎵的量，沒有濃度變化，反應速率不變，與Ⅲ圖像不符，故C錯誤；

D．平衡常數常數只受溫度影響，2Ga(l)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)+QkJ(Q＞0)，則正反應放熱，升高溫度，反應逆向移動，平衡常數減小，與Ⅳ圖像相符，故D正確；

答案選AD；

(3)Ga為31號元素，根據構造理論，基態原子核外電子排布式為1s2 2s22p63s23p63d104s24p1 (或[Ar]3d104s24p1)，最外層電子的核外電子排布式為4s24p1；基態N原子核外電子排布式為1s2 2s22p3，能量最高的電子亞層為2p，p能級上有三個軌道，電子云空間伸展方向有3種；

(4)氮化鎵不溶于水，硬度高，熔點高，為原子晶體；晶體類型相同，結構相似，原子半徑Al＜Ga，氮鋁鍵比氮鎵鍵更穩定，所以AlN熔點更高，則熔點：AlN＞GaN；

(5)根據已知信息提供的Ga化學性質，能與熱的堿溶液緩慢反應，類比Al的性質，氮化鎵與熱的NaOH溶液反應生成NaGaO2和NH3，化學反應方程式為：GaN+OH-+H2OGaO2-+NH3↑。