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超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一,近年来,我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术,在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果,工业上以粗镓为原料,制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如图:粗Ga 高纯Mg-|||-电解精炼 合成-|||-approx (45)^circ C 高纯Ga Ca2Mg5 气体-|||-CH3I,Et2O NR3-|||-合成 ①溶剂蒸发 ①配体交换 超纯Ga(CH3)3-|||-Ca(CH3)3(Et O) ②蒸馏 ②工序X → (纯度 geqslant 99.9999% )-|||-v-|||-残渣知:①金属Ga的化学性质和Al相似,Ga的熔点为29.8℃;②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体;③相关物质的沸点: 物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3 沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8 回答下列问题:(1)晶体Ga(CH3)3的晶体类型是 ____ ;(2)“电解精炼”装置如图所示,电解池温度控制在40~45℃的原因是 ____ ,阴极的电极反应式为 ____ ;粗Ga 高纯Mg-|||-电解精炼 合成-|||-approx (45)^circ C 高纯Ga Ca2Mg5 气体-|||-CH3I,Et2O NR3-|||-合成 ①溶剂蒸发 ①配体交换 超纯Ga(CH3)3-|||-Ca(CH3)3(Et O) ②蒸馏 ②工序X → (纯度 geqslant 99.9999% )-|||-v-|||-残渣(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI,写出该反应的化学方程式 ____ ;(4)“残渣”经纯水处理,能产生可燃性气体,该气体主要成分是 ____ ;(5)下列说法错误的是 ____ ;A.流程中Et2O得到了循环利用B.流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行C.“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3),并蒸出Ga(CH3)3D.用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3,而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是 ____ ;(7)比较分子中的C-Ga-C键角大小:Ga(CH3)3 ____ Ga(CH3)3(Et2O)(填“>”“<”或“=”),其原因是 ____ 。

超纯Ga(CH3)3是制备第三代半导体的支撑源材料之一,近年来,我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术,在研制超纯Ga(CH3)3方面取得了显著成果,工业上以粗镓为原料,制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如图:
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知:①金属Ga的化学性质和Al相似,Ga的熔点为29.8℃;
②Et2O(乙醚)和NR3(三正辛胺)在上述流程中可作为配体;
③相关物质的沸点:
物质 Ga(CH3)3 Et2O CH3I NR3
沸点/℃ 55.7 34.6 42.4 365.8
回答下列问题:
(1)晶体Ga(CH3)3的晶体类型是 ____ ;
(2)“电解精炼”装置如图所示,电解池温度控制在40~45℃的原因是 ____ ,阴极的电极反应式为 ____ ;
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(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)”工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI,写出该反应的化学方程式 ____ ;
(4)“残渣”经纯水处理,能产生可燃性气体,该气体主要成分是 ____ ;
(5)下列说法错误的是 ____ ;
A.流程中Et2O得到了循环利用
B.流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行
C.“工序X”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3),并蒸出Ga(CH3)3
D.用核磁共振氢谱不能区分Ga(CH3)3和CH3I
(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3,而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是 ____ ;
(7)比较分子中的C-Ga-C键角大小:Ga(CH3)3 ____ Ga(CH3)3(Et2O)(填“>”“<”或“=”),其原因是 ____ 。

题目解答

答案

解:(1)根据物质的沸点,晶体Ga(CH3)3的沸点较低,晶体类型是分子晶体,
故答案为:分子晶体;
(2)根据Ga的熔点为29.8℃,电解池温度控制在40~45℃可以保证Ga为液体,便于纯Ga流出;粗Ga在阳极失去电子,阴极得到Ga,电极反应式为Ga3++3eˉ=Ga,
故答案为:保证Ga为液体,便于纯Ga流出;Ga3++3eˉ=Ga;
(3)“合成Ga(CH3)3(Et2O)””工序中的产物还包括MgI2和CH3MgI,该反应的化学方程式8CH3I+2Et2O+Ga2Mg5=2Ga(CH3)3(Et2O)+3MgI2+2CH3MgI,
故答案为:8CH3I+2Et2O+Ga2Mg5=2Ga(CH3)3(Et2O)+3MgI2+2CH3MgI;
(4)“残渣”含CH3MgI,经纯水处理,能产生可燃性气体CH4,
故答案为:CH4;
(5)A.根据分析,流程中Et2O得到了循环利用,A正确;
B.Ga(CH3)3(NR3)容易和水反应,容易被氧化,则流程中,“合成Ga2Mg5”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行,B正确;
C.“配体交换”的作用是解配Ga(CH3)3(NR3),“工序X”为蒸出Ga(CH3)3,C错误;
D.两者所含相同类型氢原子个数不同,氢谱面积大小不同,用核磁共振氢谱能区分Ga(CH3)3和CH3I,D错误,
故答案为:CD;
(6)直接分解Ga(CH3)3(Et2O)不能制备超纯Ga(CH3)3,而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯Ga(CH3)3的理由是NR3的沸点远低于Ga(CH3)3,Ga(CH3)3比Et2O更易从配合物种分离,
故答案为:NR3的沸点远低于Ga(CH3)3,Ga(CH3)3比Et2O更易从配合物种分离;
(7)结合各物质的结构,分子中的C-Ga-C键角Ga(CH3)3>Ga(CH3)3(Et2O),其原因是Ga(CH3)3中Ga为sp2杂化,所以为平面结构,而Ga(CH3)3(Et2O)中Ga为sp3杂化,所以为四面体结构,故夹角较小,
故答案为:>;Ga(CH3)3中Ga为sp2杂化,所以为平面结构,而Ga(CH3)3(Et2O)中Ga为sp3杂化,所以为四面体结构,故夹角较小。

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