Question

【題目】氮化鎵()材料具有低的熱產(chǎn)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(dǎo)體材料。

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

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

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

A.Ⅰ圖像中如果縱坐標(biāo)為正反應(yīng)速率，則t時(shí)刻改變的條件可能是加壓

B.Ⅱ圖像中縱坐標(biāo)可以為鎵的轉(zhuǎn)化率

C.Ⅲ圖像中縱坐標(biāo)可以為化學(xué)反應(yīng)速率

D.Ⅳ圖像中縱坐標(biāo)可以為平衡常數(shù)

(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(jié)構(gòu)相似，比較兩者熔點(diǎn)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(diǎn)AlN＞GaN，晶體類型相同，結(jié)構(gòu)相似，原子半徑Al＜Ga，氮鋁鍵比氮鎵鍵更穩(wěn)定，所以AlN熔點(diǎn)更高 GaN+OH-+H2OGaO2-+NH3↑

【解析】

(1)根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律配平氮化鎵制備的化學(xué)方程式；

(2)根據(jù)平衡常數(shù)的定義書寫表達(dá)式；結(jié)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(hào)元素，根據(jù)構(gòu)造理論書寫核外電子排布式，進(jìn)而判斷最外層電子排布式；根據(jù)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(diǎn)高，據(jù)此分析晶體類型；晶體類型相同，結(jié)構(gòu)相似，原子半徑Al＜Ga，結(jié)合鍵能大小分析判斷；

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

(1)Ga元素由0價(jià)變?yōu)?/span>+3價(jià)，H元素由+1價(jià)變?yōu)?/span>0價(jià)，根據(jù)氧化還原反應(yīng)電子得失守恒，配平氮化鎵制備的化學(xué)方程式為：2Ga(l)+2NH3(g)2GaN(s)+3H2(g)；

(2)平衡常數(shù)的定義為平衡時(shí)生成物濃度的計(jì)量系數(shù)次冪的乘積與反應(yīng)物濃度計(jì)量系數(shù)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(shù)表達(dá)式，則根據(jù)反應(yīng)2Ga(l)+2NH3(g) 2GaN(s)+3H2(g)，平衡常數(shù)的表達(dá)式K=；

結(jié)合外界條件變化對平衡體系的影響

A．則t時(shí)刻改變的條件可能是加壓，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)率加快，反應(yīng)逆向移動(dòng)，逆反應(yīng)速率大于正反應(yīng)速率，與Ⅰ圖像相符，故A正確；

B．增大壓強(qiáng)，反應(yīng)率加快，反應(yīng)逆向移動(dòng)，鎵的含量增大，轉(zhuǎn)化率降低，與Ⅱ圖像不符，故B錯(cuò)誤；

C．鎵在反應(yīng)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(yīng)速率不變，與Ⅲ圖像不符，故C錯(cuò)誤；

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

答案選AD；

(3)Ga為31號(hào)元素，根據(jù)構(gòu)造理論，基態(tài)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(tài)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(jí)上有三個(gè)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(diǎn)高，為原子晶體；晶體類型相同，結(jié)構(gòu)相似，原子半徑Al＜Ga，氮鋁鍵比氮鎵鍵更穩(wěn)定，所以AlN熔點(diǎn)更高，則熔點(diǎn)：AlN＞GaN；

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