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【答案】D【解析】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 △，因此A、C两项正确。
铝能溶于强酸和强碱中，铝是电的良导体而不是半导体，镓是“类铝”元素，所以镓能溶于强酸和强碱中，镓是电的良导体而不是半导体，即B项正确，D项不正确。
【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。
【答案】（1）(CH3)3Ga+AsH33CH4+GaAs（2）三角锥形sp2（3）33·b/16a3N A【解析】（1）该反应为（CH3）3Ga和AsH3反应生成为GaAs，根据质量守恒可知还有CH4生成，所以反应的化学方程式为：(CH3)3Ga+AsH33CH4+GaAs；（2）AsH3中含有3个δ键和1个孤电子对，空间构型为三角锥形，（CH3）3Ga中Ga形成3个δ键，没有孤电子对，为sp2杂化。
（3）AB、AC、AD、BC、BD、CD的边长相等，AF、BF的长相等为a，F位于体心上，O位于正三角形BCD的重心上，在正三角形BCD中，BE为三角形BCD的高，则CE为BC的一半，如图，设正四面体的边长为x，CE的长为0.5x，BE=；BO与OE的长之比为2:1，则BO的长为，在三角形ABO中，AO的长为，在三角形BFO中，OF的长为，解得，正四面体的边长为x，对角线长2x，晶胞的棱长为，一个晶胞中含有4个砷化镓，所以密度表达式为。
【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________________________。
【答案】（1）升高温度、粉碎、搅拌等SiO2（2）2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O（3）5.48<pH<6.6（4）蒸发浓缩、冷却结晶（5）GaO2-+2H2O+3e-=Ga+4OH-【解析】（1）为了提高酸浸速率，除适当增加硫酸浓度外，应采取的措施有将矿物质粉碎、升高温度、搅拌等；由以上分析可知滤渣1为SiO2、PbSO4；（2）在滤液中加入H2O2的目的是氧化Fe2+，调节溶液pH沉淀Fe3+，反应的离子方程式为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；（3）调pH的目的是使Fe3+、Ga3+沉淀完全而Zn2+不沉淀，Ga(OH)3完全沉淀时，c(OH-mol/L=3×10-9mol/L，则此时溶液的pH=5.48；如生成Zn(OH)2，则c(OH-171.6100.01-⨯-8mol/L，则此时溶液的pH=6.6，故应调节pH范围为5.48<pH<6.6；（4）操作D得到晶体，涉及操作为：蒸发浓缩，冷却结晶过滤、洗涤、干燥；（5）△阴极上GaO2-发生还原反应生成Ga，电极方程式为GaO2-+2H2O+3e-=Ga+4OH-。
【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___________________。
【答案】（1）SiO2（2）将Fe2+氧化为Fe3+，便于后续操作分离2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O（3）当Fe3+恰好沉淀时，溶液中c3(OH－)=K sp[Fe(OH)3]/c(Fe3+)=2.7×10-39/1.0×10-5mol3/L3=2.7×10-34mol3/L3,Q c[Ga(OH)3]=c(Ga3+)•c3(OH－)=1.4×10-4mol/L×2.7×10-34mol3/L3 =3.78×10-38＜K sp[Ga(OH)3]，故Ga3+未开始沉淀（4）第一次调节pH是为了使Fe3+沉淀从而分离，第二次调节pH是为了将Ga3+转化为GaO2—得到转型液（5）正GaO2—+3e—+2H2O==Ga+4OH—【解析】粉煤灰中主要成分Ga2O3，还含有A12O3、Fe3O4、SiO2等杂质，加入盐酸后，SiO2不反应，过滤留在滤渣A 中，浸出液中的Fe2+被H2O2氧化，变成Fe3+,加氢氧化钠调节pH后，根据K sp[Ga(OH3)]=1.4×10－34，K sp[Fe(OH)3]=2.7×10－39，使Fe3+变成沉淀进行分离，第二次调节pH是为了将Ga3+转化为GaO2—得到转型液，GaO2—在阴极得电子，被还原为金属Ga。
（1）结合上述分析滤渣A中一定含有的成分是SiO2。
（2）“氧化”过程中加入H2O2的目的是将Fe2+氧化为Fe3+，便于后续操作分离，该过程中发生反应的离子方程式为2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O。
（3）当Fe3+恰好沉淀时，溶液中c3(OH－)=K sp[Fe(OH)3]/c(Fe3+)=2.7×10-39/1.0×10-5mol3/L3=2.7×10-34mol3/L3，Q c[Ga(OH)3]=c(Ga3+)•c3(OH－)=1.4×10-4mol/L×2.7×10-34mol3/L3 =3.78×10-38＜K sp[Ga(OH)3]，故Ga3+未开始沉淀。