专题2-5:主族金属-镓与铟的化合物(原卷版)
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系列二 主族金属
专题5 镓与铟及其化合物
一、镓单质
(1)Ga 熔点29.78℃,在手中融化,但Ga 的沸点为2403℃,是液相存在的温度范围最大的金属单质,常用于制造高温下使用的温度计,镓之所以有此特性在于镓的晶体中似存在Ga 2,因此其熔点低,当沸腾时,Ga 2分裂为原子,所以沸点高。
(2)常温下,镓与铟表面存在氧化层,导致其化学性质不活泼。Ga 与铝类似,具有两性,金属性若于铝,既可以与酸反应也可以与碱反应:2Ga+3H 2SO 4=====Ga 2(SO 4)3+3H 2↑;2Ga+2NaOH+2H 2O=====2NaGaO 2 +3H 2↑
(3)常温下,镓与铟可以和氯气和溴反应;高温下,都可以与O 2、S 、P 、As 等非金属直接化合。
二、氧化物和氢氧化物
(4)Ga 2O 3和Ga(OH)3两性偏酸;Ga(OH)3+3OH -=====[Ga(OH)6]3-。Ga(OH)3可溶于NH 3·H 2O ,而Al(OH)3不溶于NH 3·H 2O
(5)In 2O 3和In(OH)3几乎无两性表现,In 2O 3溶于酸,但不溶于碱。
(6)Ga(OH)3、In(OH)3微热时脱水,生成氧化物:2M(OH)3=====△M 2O 3+3H 2O(M 表示Ga 或In)。
三、镓与铟的制备
(7)因为镓常与铝、锌、锗等金属混在一起,所以可在提取出这些金属之后的废料中提取。例如由铝矾土矿制备Al 2O 3的工艺流程中,铝酸盐溶液经CO 2酸化后分离出Al(OH)3沉淀的母液富集了镓。将母液再次经CO 2
酸化后便可得到富集的Ga(OH)3,使之溶于碱再进行电解即可得到单质镓。Ga(OH)3 + OH -=====Ga(OH)4
-,Ga(OH)4-+3e -=====Ga + 4OH -。
(8)铟的制备方法是将提取过的闪锌矿残渣用硫酸浸取,酸浸取液经中和后投入锌片,铟就沉积在锌片上,用极稀的硫酸溶去锌,将不溶杂质溶于硝酸,再加入BaCO 3,便沉淀出氧化铟,在高温下用氢气还原制得金属铟。
【习题1】镓是1871年俄国化学家门捷列夫在编制元素周期表时曾预言的“类铝”元素。镓的原子序数为31,
属△A族。镓的熔点为29.78 △,沸点高达2 403 △。镓有过冷现象(即冷至熔点下不凝固),它可过冷到-120 △。由此判断下列有关镓的性质及其用途的叙述不正确的是()。
A.镓是制造高温温度计的上佳材料
B.镓能溶于强酸和强碱中
C.镓与锌、锡、铟等金属制成的合金,可用在自动救火的水龙头中
D.近年来镓成为电子工业的新宠,其主要用途是制造半导体材料,被誉为“半导体家族的新成员”,这是利用了镓的导电性介于导体和绝缘体之间的性质
【习题2】砷化镓为第三代半导体材料,晶胞结构如图所示
(1)砷化镓可由(CH3)3Ga和AsH3在700△下反应制得,反应的化学方程为。
(2)AsH3空间构型为。已知(CH3)3Ga为非极性分子,则其中镓原子的杂化方式是______________________。
(3)砷化镓晶体中最近的砷和镓原子核间距为a cm,砷化镓的摩尔质量为b g·mol-1,阿伏伽德罗常数值为N A,则砷化镓晶体密度表达式是g·cm-3。
【习题3】镓是制作高性能半导体的重要原料。工业上常从锌矿冶炼的废渣中回收镓。已知某锌矿渣主要含Zn、Si、Pb、Fe、Ga的氧化物,利用该矿渣制镓的工艺流程如下:
已知:△镓在元素周期表中位于第四周期第△A族,化学性质与铝相似。
△lg2=0.3 lg3=0.48。
△部分物质的Ksp如下表所示。
(1)为了提高酸浸速率,除适当增加硫酸浓度外,应采取的措施有__________________(写出两条)。滤渣1的主要成分是硫酸铅及_________________(写化学式)。
(2)加入H2O2的目的是(用离子方程式表示)______________________ 。
(3)室温条件下,若浸出液中各阳离子的浓度均为0.01mo/L,当溶液中某种离子浓度小于1×10-5mol/L时即认为该离子已完全除去,则pH应调节的范围为___________________。
(4)操作D包括:_______________过滤、洗涤、干燥。
(5)电解法制备金属镓。用惰性电极电解NaGaO2溶液即可制得金属镓,写出阴极电极反应式
________________________。
【习题4】我国某地粉煤灰中镓含量丰富,其主要成分以Ga2O3的形式存在,除此之外还含有A12O3、Fe3O4、SiO2等杂质。已知从粉煤灰中回收镓的艺流程如图甲所示。
信息:(i)转型液中镓以GaO2-的形式存在;
(ii)K sp[Ga(OH3)]=1.4×10-34,K sp[Fe(OH)3]=2.7×10-39,K sp[Fe(OH)2]=4.87×10-17。
回答下列问题:
(1)滤渣A中一定含有的成分是___________________________。
(2)“氧化”过程中加入H2O2的目的是___________________,该过程中发生反应的离子方程式为
___________________________________。
()3洗脱液中还有少量的Fe3+、Ga3+,其中Ga3+浓度为1.4×10-4mol/L,列式计算当Fe3+恰好沉淀完全时[c(Fe3+)≤1.0×10-5mol/L],G a3+是否开始沉淀___________________________。
(4)流程图中两次调节pH的目的分别是___________________________。
(5)电解法可以提纯粗镓,具体原理如图乙所示△粗镓与电源___________极相连(填“正”
或“负”)。△镓在阳极溶解生成的Ga3+与NaOH溶液反应生成GaO2-,GaO2-在阴极放电的电
极反应式为___________________。
【习题5】三氧化二铟(In2O3)是一种透明的导电材料,可运用于接触屏、液晶显示器等高科技领域;铟产业被称为“信息时代的朝阳产业”。利用水铟矿[主要成分In(OH)3,常温下Ksp[In(OH)3]=l.41×10-33]制备In2O3的工艺流程如下:
(1)写出水铟矿被硫酸酸浸的离子方程式_____________________________。