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17.锗及其化合物被广泛应用于半导体、催化剂等领域.以铅锌矿含锗烟尘为原料可制备GeO2,其工艺流程图如1下.

已知:GeO2是两性氧化物;GeCl4易水解,沸点86.6℃;PbO不溶于稀硫酸
(1)第①步滤渣主要成分有SiO2、PbO (填化学式),实验室萃取操作用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯.
(2)第③步萃取时,锗的萃取率与$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$(水相和有机相的体积比)的关系如图2所示,从生产成本角度考虑,较适宜的$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$的值为8.
(3)第④步加入盐酸作用中和NaOH,作反应物,抑制GeCl4水解(答两点即可).
(4)第⑤步反应的化学方程式GeCl4+(n+2)H2O=GeO2?nH2O+4HCl.
(5)检验GeO2•nH2O是否洗涤干净的操作是取最后一次洗涤液于试管中,往其中加入HNO3酸化的AgNO3溶液,若不产生白色沉淀,则说明洗涤干净.若产生白色沉淀,则说明未洗涤干净.
(6)GeO2产品中通常混有少量SiO2.取样品5.4g,测得其中氧原子的物质的量为0.105mol,则该样品中GeO2的物质的量为0.050 mol.

分析 含锗烟尘中含有ZnO、PbO、CeO2、SiO2,加入稀硫酸过滤,溶解的有ZnO、CeO2,第①步中不溶于稀硫酸的滤渣主要成分有SiO2、PbO,滤液中加入有机萃取剂萃取得到有机层萃取层中加入氢氧化钠进行反萃取得到水层,加入盐酸得到GeCl4,加入纯水过滤得到GeO2•nH2O,加热分解得到GeO2
(1)根据题目中的流程可以看出第①步中不溶于稀硫酸的滤渣主要成分有SiO2、PbO,实验室萃取操作用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯.
(2)第③步萃取时,从生产成本角度考虑,由图可知有机萃取剂的用量在$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$的值为8时比$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$的值为4时少,此时萃取率处于较高水平,而有机萃取剂较贵,故$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$的值为8时较适宜.
(3)第④步加入盐酸作用为中和NaOH,作反应物,抑制GeCl4水解.
(4)第⑤步反应GeCl4水解得到氯化氢和GeO2?nH2O;
(5)检验GeO2•nH2O是否洗涤干净的操作是取最后一次洗涤液于试管中,检验是否含有氯离子设计实验验证;
(6)设GeO2的物质的量为xmol,SiO2的物质的量为ymol,依据蒸馏和原子守恒列式计算:2(x+y)=0.105  105x+60y=5.4,解得x=0.050,故该样品中GeO2的物质的量为0.050mol.

解答 解:(1)根据题目中的流程可以看出,含锗烟尘中含有ZnO、PbO、CeO2、SiO2,加入稀硫酸过滤,溶解的有ZnO、CeO2,第①步中不溶于稀硫酸的滤渣主要成分有SiO2、PbO,实验室萃取操作用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯;
故答案为:SiO2、PbO,分液漏斗、烧杯;
(2)第③步萃取时,从生产成本角度考虑,由图可知有机萃取剂的用量在$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$的值为8时比$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$的值为4时少,此时萃取率处于较高水平,而有机萃取剂较贵,从生产成本角度考虑,故$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$的值为8时较适宜;
故答案为:8;
(3)第④步加入盐酸作用为中和NaOH,作反应物,同时抑制GeCl4水解;
故答案为:中和NaOH,作反应物,抑制GeCl4水解;
(4)第⑤步反应是GeCl4水解得到氯化氢和GeO2?nH2O,反应的化学方程式:GeCl4+(n+2)H2O=GeO2?nH2O+4HCl;
故答案为:GeCl4+(n+2)H2O=GeO2?nH2O+4HCl;
(5)检验GeO2•nH2O是否洗涤干净的操作是:取最后一次洗涤液于试管中,往其中加入HNO3酸化的AgNO3溶液,若不产生白色沉淀,则说明洗涤干净.若产生白色沉淀,则说明未洗涤干净;
故答案为:取最后一次洗涤液于试管中,往其中加入HNO3酸化的AgNO3溶液,若不产生白色沉淀,则说明洗涤干净.若产生白色沉淀,则说明未洗涤干净;
(6)GeO2产品中通常混有少量SiO2.取样品5.4g,测得其中氧原子的物质的量为0.105mol,设GeO2的物质的量为xmol,SiO2的物质的量为ymol,
2(x+y)=0.105 
 105x+60y=5.4,
解得x=0.050,
故该样品中GeO2的物质的量为0.050mol.
故答案为:0.050.

点评 本题考查了物质分离和提纯的方法和实验设计,实验分析,实验现象的理解,流程和图象的特征分析,物质性质是解题关键,题目难度中等.

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相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:实验题

14.如图是一个制取氯气并以氯气为原料进行特定反应的装置.

(l)A是氯气发生装置,写出其中的化学反应方程式MnO2+4HCl(浓)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl2+Cl2↑+2H2O.
(2)a仪器的名称为圆底烧瓶.
(3)实验开始时,先点燃A处的酒精灯,打开活塞K,让氯气充满整个装置,再点燃D处酒精灯,连接上E装此空不填置.D装置的硬质玻璃管内盛有炭粉,反应产物为CO2和HC1.写出D中反应的化学方程式2Cl2+C+2H2O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$4HCl+CO2,装置C的作用是吸收HCl气体,并提供水蒸气参与D中反应.
(4)在E处,若漏斗内气体带有黄绿色,则紫色石蕊试液的颜色变化为由紫色变为红色,再变为无色.
(5)若将E处烧杯中溶液改为澄清石灰水,反应过程中现象为②(填序号).
①有白色沉淀生成;②无白色沉淀生成;③先生成白色沉淀,而后白色沉淀消失.
(6)D处反应完毕后,关闭活塞K,移去酒精灯,由于余热的作用,A处仍有Cl2产生,则装置B中的现象是装置B中瓶内液面下降,长颈漏斗内液面上升;若发现装置B中该现象不明显,可能的原因是A或B装置漏气;查找原因时可用肥皂水或湿润的碘化钾淀粉试纸等,若用蘸有浓氨水的玻璃棒检查时观察到有白烟产生,写出该氧化还原反应的化学方程式3Cl2+8NH3═6NH4Cl+N2

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

8.氨基甲酸铵(H2N-COONH4)是一种用途广泛的化工原料.某研究性学习小组设计如下所示装置,用于合成少量氨基甲酸铵.

有关氨基甲酸铵的资料如下:
①常温下,在干燥的空气中稳定,遇水或潮湿空气则生成碳酸铵或碳酸氢铵
②熔点58℃,59℃时则可分解成NH3和CO2气体
③在密封管内加热至120~140℃时失水生成尿素[CO(NH22]
④在酸性溶液中迅速分解
⑤合成氨基甲酸铵的反应原理为2NH3(g)+CO2(g)?H2N-COONH4(s)
请回答下列问题:
(1)仪器A的名称是干燥管;B中盛放的药品是碱石灰
(2)写出石灰石与盐酸反应的离子方程式:CaCO3+2H+=Ca2++H2O+CO2
(3)写出氨基甲酸铵在密封管内加热至120~140℃生成尿素的化学反应方程式:NH2COONH4$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO(NH22+H2O
(4)合成氨基甲酸铵的反应在一定条件下能自发进行,该反应的反应热△H<0(填“>”“=”或“<”).
(5)有同学建议该CO2发生装置直接改用“干冰”,你认为他的改进有何优点:无需干燥装置简单,低温环境提高产率
(6)该实验装置中明显导致实验失败的隐患有反应器连接导管过细易造成堵塞;水蒸气可进入反应器使产品不纯;CO2发生器中挥发出的HCl未经处理进入反应器,会导致实验失败.

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

5.利用硫酸渣(主要含Fe2O3、SiO2、Al2O3、MgO等杂质)制备氧化铁的工艺流程如图:

(1)“酸浸”中硫酸要适当过量,目的是:
①提高铁的浸出率,②抑制Fe3+的水解.
(2)“还原”是将Fe3+转化为Fe2+,同时FeS2被氧化为SO42-,该反应的离子方程式为14Fe3++FeS2+8H2O=15Fe2++2SO42-+16H+
(3)为测定“酸浸”步骤后溶液中Fe3+的量以控制加入FeS2的量.实验步骤为:
准确量取一定体积的酸浸后的溶液于锥形瓶中,加入HCl、稍过量SnCl2,再加HgCl2除去过量的SnCl2,以二苯胺磺酸钠为指示剂,用K2Cr2O7标准溶液滴定,有关反应方程式如下:
2Fe3++Sn2++6Cl-═2Fe2++SnCl62-
Sn2++4Cl-+2HgCl2═SnCl62-+Hg2Cl2↓,
6Fe2++Cr2O72-+14H+═6Fe3++2Cr3++7H2O.
①若SnCl2不足量,则测定的Fe3+量偏低(填“偏高”、“偏低”、“不变”,下同).
②若不加HgCl2,则测定的Fe3+量偏高.
(4)已知部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见表:
沉淀物Fe(OH)3Al(OH)3Fe(OH)2Mg(OH)2Mn(OH)2
开始沉淀2.73.87.59.48.3
完全沉淀3.25.29.712.49.8
实验可选用的试剂有:稀HNO3、Ba(NO32溶液、酸性KMnO4溶液、NaOH溶液,要求制备过程中不产生有毒气体.请完成由“过滤”后的溶液模拟制备氧化铁的实验步骤:
a.氧化:向溶液中加入过量的酸性高锰酸钾溶液,搅拌;
b.沉淀:滴加NaOH溶液,调节溶液为pH为3.2~3.8;
c.分离,洗涤;
d.烘干,研磨.

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

12.CoxFe3-xO4磁粉是一种比较好的高矫顽力磁粉.工业上以FeSO4为原料制备CoxFe3-xO4的主要步骤如下:
FeSO4$\underset{\stackrel{\;}{→}}{①}$FeOOH$\underset{\stackrel{\;}{→}}{②}$Fe2O3$\underset{\stackrel{\;}{→}}{③}$Fe3O4$\underset{\stackrel{CuS{O}_{4}溶液④}{→}}{\;}$CoxFe3-xO4
回答下列问题:
(1)步骤①是在FeSO4溶液中加入NaOH溶液,在40℃下搅拌生成FeOOH.生成FeOOH的化学方程式为4FeSO4+8NaOH+O2$\frac{\underline{\;40℃\;}}{\;}$4FeOOH+4Na2SO4+2H2O.
(2)步骤②将FeOOH在200~300℃下加热脱水,生成红色Fe2O3.实验室完成该操作需要下列仪器中的cde(填字母).
a.蒸发皿  b.烧杯  c.坩埚  d.泥三角  e.酒精灯
(3)步骤③通入H2,加热至300~400℃,生成Fe3O4.通入H2前要向加热炉中通入N2,其作用为除去空气,防止氢气与氧气混合反应爆炸.
(4)步骤④加入CoSO4溶液,所得粗产品经过滤、洗涤、干燥即得成品.检验粗产品是否洗涤干净的实验操作和现象是取最后一次洗涤滤出液少许于试管中,滴加氯化钡溶液,如果不产生白色沉淀,则表明洗涤干净;后发现滤液浑浊,请写出原因(一点即可)玻璃棒抵住滤纸时滤纸破裂、原液液面高于滤纸边缘.
(5)某研究小组欲用锂离子电池正极废料(含LiCoO2、铝箔、铁的+2价和+3价的氧化物)制备CoSO4•7H2O晶体.已知在酸性条件下不稳定极易变成两价钴离子,下表列出了相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol•L-1计算)
金属离子开始沉淀的pH沉淀完全的pH
Fe3+1.13.2
Fe2+5.88.8
Co2+6.99.4
请完成下列实验步骤(可选用的试剂:H2O2、稀硝酸、稀硫酸、NaOH溶液):
①用N-甲基吡咯烷酮在120℃下浸洗正极废料,使LiCoO2与铝箔分离,得到LiCoO2粗品并回收铝.
②用稀硫酸溶解LiCoO2,并加入过量H2O2
③向所得粗品CoSO4溶液中加入NaOH溶液,调节pH约为5,过滤.
④向③所得滤液中加入NaOH溶液,调节pH至9.4,过滤,洗涤得到Co(OH)2沉淀.
⑤将Co(OH)2沉淀溶于稀硫酸中,蒸发浓缩、冷却结晶(填实验步骤),得到CoSO4•7H2O晶体.若欲再提纯,可以通过重结晶(填实验步骤).

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

2.正丁醛是一种化工原料.某实验小组利用如下装置合成正丁醛.

发生的反应如下:
CH3CH2CH2CH2OH$→_{H_{2}SO_{4},△}^{Na_{2}Cr_{2}O_{7}}$CH3CH2CH2CHO
反应物和产物的相关数据列表如下:
沸点/℃密度/(g•cm-3水中溶解性
正丁醇117.20.810 9微溶
正丁醛75.70.801 7微溶
实验步骤如下:
将6.0g Na2Cr2O7放入100mL烧杯中,加30mL水溶解,再缓慢加入5mL浓硫酸,将所得溶液小心转移至B中.在A中加入4.0g正丁醇和几粒沸石,加热.当有蒸气出现时,开始滴加B中溶液.滴加过程中保持反应温度为90-95℃,在E中收集90℃以下的馏分.将馏出物倒入分液漏斗中,分去水层,有机层干燥后蒸馏,收集75-77℃馏分,产量2.0g.
回答下列问题:
(1)实验中,能否将Na2Cr2O7溶液加到浓硫酸中,说明理由不能,容易发生迸溅.
(2)加入沸石的作用是防止暴沸.若加热后发现未加沸石,应采取的正确方法是冷却后补加.
(3)上述装置图中,B仪器的名称是分液漏斗,D仪器的名称是直形冷凝管.
(4)分液漏斗使用前必须进行的操作是C(填正确答案标号).
A.润湿   B.干燥    C.检漏    D.标定
(5)将正丁醛粗产品置于分液漏斗中分水时,水在下层(填“上”或“下”).
(6)反应温度应保持在90~95℃,其原因是保证正丁醛及时蒸出,又可尽量避免其被进一步氧化
(7)本实验中,正丁醛的产率为51%.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

9.下列有关能量转化的认识,不正确的是(  )
A.植物的光合作用使得太阳能转化为化学能
B.人类使用照明设备是将电能转化为光能
C.化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因
D.燃料燃烧时只是将化学能转化为热能

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

6.使用容量瓶配制溶液时,由于操作不当,会引起误差,下列情况会使所配溶液浓度偏低的是(  )
①用天平(使用游码)称量时,被称量物与砝码的位置放颠倒了
②用量筒量取液体时,仰视读数
③溶液转移到容量瓶后,烧杯及玻璃棒未用蒸馏水洗涤
④转移溶液前容量瓶内有少量蒸馏水
⑤定容时,仰视容量瓶的刻度线
⑥定容后摇匀,发现液面降低,又补加少量水,重新达到刻度线.
A.①③⑤⑥B.①②⑤⑥C.②③④⑥D.③④⑤⑥

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科目:高中化学 来源: 题型:实验题

7.某学生欲配制6.0mol/L的H2SO4 1 000mL,实验室有三种不同浓度的硫酸:①480mL 0.5mol/L 的硫酸;②150mL 25%的硫酸(ρ=1.18g/mL);③足量的18mol/L的硫酸.有三种规格的容量瓶:250mL、500mL、1 000mL.老师要求把①②两种硫酸全部用完,不足的部分由③来补充.
请回答下列问题:
(1)实验所用25%的硫酸的物质的量浓度为3.0mol/L(保留1位小数).
(2)此实验所需的仪器为量筒、玻璃棒、胶头滴管、1000ml容量瓶、烧杯.
(3)配制时,该同学的操作顺序如下,请将操作步骤B、D补充完整.
A.将①②两溶液全部在烧杯中混合均匀;
B.用量筒准确量取所需的18mol/L的浓硫酸295.0mL,沿玻璃棒倒入上述混合液中.并用玻璃棒搅拌,使其混合均匀;
C.将混合均匀的硫酸沿玻璃棒注入所选的容量瓶中;
D.洗涤玻璃棒及烧瓶内壁2~3次,将洗涤液转移至容量瓶;
E.振荡,继续向容量瓶中加水,直到液面接近刻度线1~2cm 处;
F.改用胶头滴管加水,使溶液的凹液面恰好与刻度线相切;
G.将容量瓶盖紧,振荡,摇匀.
(4)如果省略操作D,对所配溶液浓度有何影响?偏小(填“偏大”、“偏小”或“无影响”).
(5)进行操作C前还需注意将稀释后的硫酸冷却.

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