专题2-5：主族金属-镓与铟的化合物(原卷版)

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_____________________________。