Question

【題目】氮化鎵(GaN)被稱為第三代半導體材料，其應用取得了突破性的進展。一種鎳催化法生產GaN的工藝如圖：

(1)“熱轉化”時Ga轉化為GaN的化學方程式是_____。

(2)“酸浸”的目的是_____，“操作Ⅰ”中包含的操作是_____。

某學校化學興趣小組在實驗室利用圖裝置模擬制備氮化鎵：

(3)儀器X中的試劑是_____，儀器Y的名稱是_____，裝置G的作用是_____。

(4)加熱前需先通入一段時間的H2，原因是_____。

(5)取某GaN樣品m克溶于足量熱NaOH溶液，發生反應 GaN+OH﹣+H2OGaO2-+NH3↑，用H3BO2溶液將產生的NH3完全吸收，滴定吸收液時消耗濃度為c mol/L的鹽酸V mL，則樣品的純度是_____。（已知：NH3+H3BO3=NH3H3BO3；NH3H3BO3+HCl=NH4Cl+H3BO3）

(6)科學家用氮化鎵材料與銅組裝成如圖所示的人工光合系統，成功地實現了用CO2和H2O合成CH4，請寫出銅極的電極反應式_____。

Answer 1

【答案】2Ga+2NH32GaN+3H2 除去GaN中混有的少量Ni 過濾、洗滌、干燥 濃氨水 球形干燥管 除去未反應完的NH3，防止污染空氣 排除裝置中的空氣，避免空氣與鎵反應產物不純，防止氫氣與氧氣爆炸 % CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O

【解析】

由流程可知，熱轉化時Ga和NH3在高溫條件下反應生成GaN和H2；加鹽酸可除去Ni，過濾分離出GaN；由制備裝置可知，A中Zn與稀硫酸反應生成H2，利用H2將裝置內的空氣排出防止金屬被氧化，B中濃硫酸可干燥H2，X為氨水，C中制備NH3，Y為堿石灰可干燥NH3，E中NH3與Ga反應可制備GaN，F可防止倒吸，G中稀硫酸可吸收尾氣，以此來解答。

(1)Ga和NH3在高溫條件下反應生成GaN和H2，反應方程式為2Ga+2NH32GaN+3H2；

(2)“酸浸”的目的是除去GaN中混有的少量Ni，“操作Ⅰ”中包含的操作是過濾、洗滌、干燥；

(3)儀器X中的試劑是濃氨水，將氨水滴入盛有CaO的燒瓶中發生反應制取NH3，儀器Y的名稱是球形干燥管，盛有堿石灰，作用是干燥氨氣；裝置G的作用是吸收過量的氨氣，防止污染環境；

(4)加熱前需先通入一段時間的H2，原因是排出空氣，防止金屬被氧化，同時防止氫氣與氧氣混合氣體點燃爆炸；

(5)由GaN+OH-+H2OGaO2-+NH3↑、NH3+H3BO3=NH3H3BO3、NH3H3BO3+HCl=NH4Cl+H3BO3，可知n(GaN)=n(HCl)，則樣品的純度是×100%=%；

(6)根據圖示可知：Cu是正極，正極上CO2得電子和H+反應生成CH4，因此正極的電極反應式為：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O。