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3.锗是重要的半导体材料,应用于航空航天测控、光纤通讯等领域.一种提纯二氧化锗粗品(主要含GeO2、As2O3)的工艺如下:

已知:GeCl4的熔点为-49.5℃,AsCl3与GeCl4的沸点分别为130.2℃、84℃.
(1)锗在元素周期表中的位置为第四周期第ⅣA族.
(2)“碱浸”过程中的化学反应方程式为GeO2+2NaOH═Na2GeO3+H2O As2O3+2NaOH═2NaAsO2+H2O.
(3)传统的提纯方法是将粗品直接加入盐酸中蒸馏,其缺点是馏出物中将会含有AsCl3,降低了产品纯度.
(4)工业上与蒸馏操作相关的设备有AC(填字母序号).
A.蒸馏釜    B.离心萃取机    C.冷凝塔   D.加压过滤机
(5)“蒸馏”过程中的化学反应方程式为Na2GeO3+6HCl═2NaCl+GeCl4+3H2O.
(6)“水解”操作时保持较低温度有利于提高产率,其最可能的原因是该水解反应为放热反应,温度较低时反应平衡常数较大,反应物平衡转化率更高;或温度高时GeCl4易挥发降低产率(答一条即可).
(7)若1吨二氧化锗粗品(含杂质30%)经提纯的0.724吨的高纯二氧化锗产品,则杂质脱除率为92%.

分析 (1)主族元素锗与碳、硅同主族.
(2)GeO2溶于强碱溶液,生成锗酸盐;As2O3类似氧化铝,与氢氧化钠反应生成NaAsO2
(3)将粗品直接加入盐酸,生成氯化物GeCl4、AsCl3,从已知条件给出的沸点看出,不便分离.
(4)教材上的蒸馏实验用到的蒸馏烧瓶、冷凝器.对比可知工业上与蒸馏操作相关的设备.
(5)根据前面反应得到的锗酸盐以及蒸馏加的盐酸,目标产物是GeCl4 ,根据化合价不变,再写出反应.
(6)温度与化学平衡常数的关系;另外考虑氯化物的沸点低,高温易挥发.
(7)被除掉杂质的质量除以杂质的总质量就可得到杂质脱除率.

解答 解:(1)第ⅣA族主族元素有碳、硅、锗、锡、铅,所以锗在第四周期第ⅣA族.
故答案为:第四周期第ⅣA族
(2)从后面的工艺可知碱浸过程中的化学反应化合价是没有改变的.硅与锗同主族,二氧化硅与强碱反应生成硅酸盐和水,GeO2溶于强碱溶液,生成锗酸盐和水,其中锗的化合价是+4价,类似Na2CO3、Na2SiO3
As2O3类似氧化铝,氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠(NaAlO2)和水,As2O3与氢氧化钠反应生成亚砷酸钠(NaAsO2)和水,
故答案为:GeO2+2NaOH═Na2GeO3+H2O    As2O3+2NaOH═2NaAsO2+H2
(3)将粗品直接加入盐酸,生成氯化物GeCl4、AsCl3氯,化物的沸点都较低,从已知条件也能看出,不便分离.也就是馏出物中将会含有AsCl3,降低了产品纯度.
故答案为:馏出物中将会含有AsCl3,降低了产品纯度.
(4)教材上的蒸馏实验用到的蒸馏烧瓶、冷凝器.工业上与蒸馏操作相关的设备有蒸馏釜、冷凝塔.所以选择A、C.
故答案为:AC
(5)根据前面反应得到的锗酸盐以及蒸馏加的盐酸,这些是反应物,目标产物是GeCl4 ,化合价不变,推出另外的产物为氯化钠和水.
故答案为:Na2GeO3+6HCl═2NaCl+GeCl4+3H2O
(6)温度对化学平衡的影响是降温向放热方向移动,说明水解方向为放热,温度较低时反应平衡常数较大,反应物平衡转化率更高;另外是考虑氯化物的沸点低,高温易挥发降低产率.
故答案为:该水解反应为放热反应,温度较低时反应平衡常数较大,反应物平衡转化率更高;或温度高时GeCl4易挥发降低产率.
(7)1吨二氧化锗粗品(含杂质30%),二氧化锗的质量是0.7吨,杂质总质量0.3吨,经提纯得到0.724吨产品,说明还有杂质0.024吨,杂质脱除了0.276吨,杂质脱除率是:被除掉杂质的质量除以杂质的总质量,即$\frac{0.276}{0.3}$×100%=92%.
故答案为:92%

点评 除第一小题外,其余各小题都有一定难度,比如第2、4小题,考查物质性质相似性,化学类推思维,教材迁移能力,第5小题是陌生化学方程式的书写,还有第6、7小题需要学生有应变能力,学习化学实际处理问题的能力.

练习册系列答案
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