氮化镓()材料具有低的热产生率和高的击穿电场，是制造大功率和高频微波电子器件的理想半导体材...

氮化镓()材料具有低的热产生率和高的击穿电场，是制造大功率和高频微波电子器件的理想半导体材料。

已知：①Ga和Al同主族且相邻，化学性质与铝相似；②在室温下，氮化镓不溶于水，硬度高，熔点高，能与热的碱溶液缓慢反应。

(1)配平氮化镓制备的化学方程式：□Ga(l)+□NH3(g)⇌□GaN(s)+□H2(g)+QkJ(Q＞0)_____________

(2)上述反应的平衡常数表达式K=_____________；在恒温恒容密闭容器中制备氮化镓，下列有关说法正确的是_____________

A.Ⅰ图像中如果纵坐标为正反应速率，则t时刻改变的条件可能是加压

B.Ⅱ图像中纵坐标可以为镓的转化率

C.Ⅲ图像中纵坐标可以为化学反应速率

D.Ⅳ图像中纵坐标可以为平衡常数

(3)Ga最外层电子的核外电子排布式___________________，N核外能量最高的电子亚层上电子云空间伸展方向有_____________种；

(4)氮化镓的晶体类型_____________，氮化铝和氮化镓晶体类型相同，且结构相似，比较两者熔点的高低并解释原因_____________________________________________________________；

(5)写出氮化镓溶于热的NaOH溶液的离子方程式____________________________________。

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第三代半导体材料氮化镓(GaN)适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，通常称为高温半导体材料。回答下列问题：

(1)基态Ga原子价层电子的轨道表达式为_________________________，第一电离能介于N和B之间的第二周期元素有_______种。

(2)HCN分子中σ键与π键的数目之比为_______，其中σ键的对称方式为___________。与CN—互为等电子体的分子为___________。

(3)NaN3是汽车安全气囊中的主要化学成分，其中阴离子中心原子的杂化轨道类型为_________。NF3的空间构型为____________。

(4)GaN、GaP、GaAs都是很好的半导体材料，晶体类型与晶体硅类似，熔点如下表所示，分析其变化原因_________________________________________________________。

(5)GaN晶胞结构如下图所示。已知六棱柱底边边长为a cm，阿伏加德罗常数的值为NA。

① 晶胞中Ga原子采用六方最密堆积方式，每个Ga原子周围距离最近的Ga原子数目为_____________；

② GaN的密度为______________________g·cm−3(用a、NA表示)。

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GaN凭借其出色的功率性能、频率性能以及散热性能，在光电领域和高频微波器件应用等方面有广阔的前景。

(1) Johnson等人首次在1100℃下用镓与氨气制得氮化镓，该可逆反应每生成1 mol H2放出10.3 kJ热量。该反应的热化学方程式是_____。(己知金属镓的熔点是29.8℃，沸点是2403℃；氮化镓的熔点为1700℃)

(2)在恒容密闭容器中，加入一定量的液态镓与氨气发生上述反应，测得反应平衡体系中NH3的体积分数与压强(p)、温度(T)的关系如图所示(已知图中T1和T2的温度均小于1700℃)。

①下列说法正确的是________(填标号)。

a.相同条件下，Ga(OH)3 的碱性比Al(OH)3强

b.当c(NH3)=c(H2)时，一定达到了化学平衡状态

c. A点和C点化学平衡常数的关系是：KA< KC

d.温度一定时，达平衡后再充入氦气(氦气不参与反应)，NH3的转化率增大.

②气相平衡中用组分的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示平衡常数(记作Kp)，已知在T1℃时体系的压强初始压强为a Pa，则B点的Kp=____(用含a表示且保留2位有效数字)。

(3)电解精炼法提纯镓是工业上常用的方法。具体原理如图所示：

已知：金属的活动性Zn>Ga>Fe>Cu；镓化学性质与铝相似。

①M为电源的_______极，电解精炼镓时产生阳极泥的主要成分是________。

②电解过程中阳极产生的离子迁移到达阴极并在阴极析出高纯镓。请写出电解过程的阴极的电极反应__________。

③电解过程中需控制合适的电压，若电压太高时阴极会产生H2导致电解效率下降。若外电路通过0.2mole时，阴极得到3.5g的镓。则该电解装置的电解效率η=_________(η=生成目标产物消耗的电子数+转移的电子总数)。

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GaN凭借其出色的功率性能、频率性能以及散热性能，在光电领域和高频微波器件应用等方面有广阔的前景。

(1) Johnson等人首次在1100℃下用镓与氨气制得氮化镓，该可逆反应每生成1 mol H2放出10.3 kJ热量。该反应的热化学方程式是_____。(己知金属镓的熔点是29.8℃，沸点是2403℃；氮化镓的熔点为1700℃)

(2)在恒容密闭容器中，加入一定量的液态镓与氨气发生上述反应，测得反应平衡体系中NH3的体积分数与压强(p)、温度(T)的关系如图所示(已知图中T1和T2的温度均小于1700℃)。

①下列说法正确的是________(填标号)。

a.相同条件下，Ga(OH)3 的碱性比Al(OH)3强

b.当c(NH3)=c(H2)时，一定达到了化学平衡状态

c. A点和C点化学平衡常数的关系是：KA< KC

d.温度一定时，达平衡后再充入氦气(氦气不参与反应)，NH3的转化率增大.

②气相平衡中用组分的平衡分压代替物质的量浓度也可以表示平衡常数(记作Kp)，已知在T1℃时体系的压强初始压强为a Pa，则B点的Kp=____(用含a表示且保留2位有效数字)。

(3)电解精炼法提纯镓是工业上常用的方法。具体原理如图所示：

已知：金属的活动性Zn>Ga>Fe>Cu；镓化学性质与铝相似。

①M为电源的_______极，电解精炼镓时产生阳极泥的主要成分是________。

②电解过程中阳极产生的离子迁移到达阴极并在阴极析出高纯镓。请写出电解过程的阴极的电极反应__________。

③电解过程中需控制合适的电压，若电压太高时阴极会产生H2导致电解效率下降。若外电路通过0.2mole时，阴极得到3.5g的镓。则该电解装置的电解效率η=_________(η=生成目标产物消耗的电子数+转移的电子总数)。

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元素及其化合物在生活及生产中有很多重要用途。

Ⅰ．SiC、BN、GaAs 等是人工合成半导体的材料，具有高温、高频、大功率和抗辐射等优点。请回答：

（1）基态碳原子价电子的电子轨道表达式为____，第一电离能Ga____As（填“>”、 “<”、“＝”）。

（2）BN和GaAs都是原子晶体，它们的硬度和熔点BN＞GaAs，原因是________________。

Ⅱ．卤素化学丰富多彩，能形成卤化物、卤素互化物、多卤化物等多种类型的化合物。

（3）拟卤素(CN)2、(SCN)2与卤素单质结构相似、性质相近，分子中所有原子都满足 8 电子结构。 (CN)2分子中氮原子的轨道杂化类型为_____，σ 键与 π 键数目之比为_______； (SCN)2对应的酸有两种，测得硫氰酸（H—S—C≡N ）的沸点低于异硫氰酸（H—N=C=S），其原因是_________。

（4）①卤化物 RbICl2 在加热时会分解为晶格能相对较大的卤化物 A 和卤素互化物或卤素单质，A 的化学式为_____________；②一定条件下(SCN)2可氧化为CO32—和SO32—等离子，其中SO32—的立体构型为_________。

（5）CaC2晶体的晶胞结构与 NaCl 晶体的相似（如图1 所示），CaC2 晶体中的哑铃形 C22﹣的存在，使晶胞沿一个方向拉长。写出与C22﹣互为等电子体的微粒符号________、_______；此晶体中 1 个 C22﹣周围距离最近的Ca2+为______个；若该晶胞的边长为a、a、b（nm），则该晶体的密度为______ g·cm-3（写出表达式）。

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SiC、GaN、GaP、GaAs等是人工合成半导体的材料，具有高温、高频、大功率和抗辐射的应用性能而成为半导体领域研究热点。试回答下列问题：

（1）碳的基态原子L层电子轨道表达式为__，砷属于__区元素。

（2）N与氢元素可形成一种原子个数比为1：1的粒子，其式量为60，经测定该粒子中有一正四面体构型，判断该粒子中存在的化学键__。

A.配位键　　 B.极性共价键　　 C.非极性共价键　　 D.氢键

（3）CaC2晶体的晶胞结构与NaCl晶体的相似(如图1所示)，但CaC2晶体中含有的哑铃形C22-的存在，使晶胞沿一个方向拉长。CaC2晶体中1个Ca2+周围距离最近的C22-数目为__。

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砷化镓为黑灰色固体，是重要的半导体材料，用砷化镓制成的半导体器件具有低温性能好、抗辐射能力强等优点。请回答下列问题：

(1)基态原子核外电子占据最高能级的电子云轮廓图为________形。

(2)砷化镓可由和制得。在常温常压下，为无色透明液体，则固体属于________晶体。的沸点低于的原因为________。

(3)亚砷酸是一种三元弱酸，分子中含有羟基数目为________个；根据价层电子对互斥理论推测的空间构型为________；与互为等电子体的一种分子为________。

(4)的熔点为，晶胞结构如图所示：

①在晶体中，镓原子的配位数是________，与同一个镓原子相连的砷原子构成的空间构型为________。

②若砷化镓晶胞边长为。则该晶体密度为________(用含的代数式表示)。

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[化学——选修3：物质结构与性质]

氮的化合物在生产、生活中有广泛应用。

（1）氮化镓(GaN)是新型的半导体材料。基态氮原子的核外电子排布图为____；基态镓(Ga)原子的核外具有____种不同能量的电子。

（2）乙二氨的结构简式为(H2N-CH2-CH2-NH2，简写为en)。

①分子中氮原子轨道杂化类型为____；

②乙二氨可与铜离子形成配合离子[Cu(en)2]2+，其中提供孤电子对的原子是____，配合离子结构简式为____；

③乙二氨易溶于水的主要原因是____。

（3）氮化硼(BN)是一种性能优异、潜力巨大的新型材料，主要结构有立方氮化硼（如图1）和六方氮化硼（如图2），前者类似于金刚石，后者与石墨相似。

①图1中氮原子的配位数为____，离硼原子最近且等距离的硼原子有____个；

②已知六方氮化硼同层中B与N之间的距离为acm，密度为dg•cm-3，则相邻层与层之间的距离为____pm(列出表达式)。

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氮化铝(AlN)陶瓷是一种新型无机非金属材料，利用它较高的体积电阻率、绝缘强度大、导热性能好，可用作大功率半导体器件的绝缘基片、大规模和超大规模集成电路的散热基片和封装基片。工业上可用氮气和铝在高温下直接化合法来制备氮化铝粉体(AlN粉体在潮湿的空气中易发生水解反应)。已知：实验室可用饱和亚硝酸钠(NaNO2)溶液和氯化铵溶液共热制取氮气。现提供以下装置来模拟工业制取AlN粉体。

(1)写出实验室制取氮气的化学方程式：___________________________。

(2)请从下图中选择合适的装置按顺序组装一套用氮气和铝粉制AlN的装置(装置可以根据需要重复使用)：________________________________。

(3)实验开始后应先给_______处装置加热一段时间再给另一处装置加热，这样操作的原因是：_______________。

(4)已知：氮化铝(AlN)既能溶于强酸，又能溶于强碱，试写出AlN与HCl溶液反应的化学方程为________________。

(5)AlN制备过程中存在一些副反应致生成的AlN不纯。 研究小组的同学取2.0500 g AlN样品与浓NaOH溶液充分反应，通过测定产生氨气的量来测定AlN的纯度(假设杂质与碱反应不生成NH3，忽略NH3在强碱性溶液中的溶解)。实验装置如下：请帮该同学纠正装置中一处明显错误：___________________。当H中反应完全后持续缓慢通入氮气将生成的氨全部吹入I中被水吸收。然后将I中氨水_________________________________________________________________________(请补充完这步操作，需根据后面数据计算作答)，用_______取25.00mL氨水于锥形瓶中并加入几滴_______作指示剂，用0.1000mol/L的盐酸滴定至终点，消耗盐酸体积为22.50mL，经计算得AlN的纯度为90.00 %。

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(15分)

Ⅰ. 砷化镓为第三代半导体，以其为材料制造的灯泡寿命长.耗能少。已知砷化镓的晶胞结构如图所示。请回答下列问题：

（1）下列说法正确的是__________（填序号）

A.砷化镓晶胞结构与NaCl相同        B.第一电离能 As>Ga

C.电负性 As>Ga                              D.原子半径 As>Ga

（2）砷化镓可由（CH₃）₃Ga和AsH₃在700℃下反应制得，反应的方程式为__________；

（3）AsH₃空间形状为___________；已知（CH₃）₃ Ga为非极性分子，则其中镓原子的杂化方式为____________；

Ⅱ. 金属铜的导电性仅次于银，居金属中的第二位，大量用于电气工业。

（4）请解释金属铜能导电的原因________， Cu²⁺的核外电子排布式为__________________________。

（5）在硫酸铜溶液中通入过量的氨气，小心蒸发，最终得到深蓝色的[Cu（NH₃）₄]SO₄晶体,晶体中含有的化学键除普通共价键外，还有和________。

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