Question

锗（Ge）是第ⅣA族元素，它的单质是一种良好的半导体材料，被广泛地应用在电子工业上，锗可以从烟道灰中提取，其过程如下：

（1）写出上述各步反应的化学方程式①

GeO₂+4HCl═GeCl₄+2H₂O

；②

GeCl₄+4H₂O═H₄GeO₄+4HCl、H₄GeO₄═H₂GeO₃+H₂O（或GeCl₄+3H₂O═H₂GeO₃+4HCl）

；③

H₂GeO₃

△  .

GeO₂+H₂O．

；④

GeO₂+2H₂

△  .

Ge+2H₂O

．
（2）提取过程中①至③的作用是什么？从节约资源角度考虑哪一步的产物可以循环使用？

Answer 1

分析：（1）①锗最外层有4个电子，所以其最高价为+4，锗的最高价氧化物为GeO₂，与HCl（aq）发生复分解反应，生成的氯化物应为GeCl₄和H₂O．
②GeCl₄水解，生成原锗酸H₄GeO₄与HCl，H₄GeO₄失水变为锗酸H₂GeO₃．
③锗酸受热分解为GeO₂．
④GeO₂与H₂发生氧化还原反应，H₂夺去GeO₂中的O生成H₂O，Ge被还原出来．
（2）前三步的主要作用是分离、提纯和富集锗的氧化物．第②步中产生的盐酸可以循环到第①步中使用，①③④中产生的水也可以循环到第②步使用．

解答：解：（1）①锗最外层有4个电子，所以其最高价为+4，锗的最高价氧化物为GeO₂，与HCl（aq）发生复分解反应，生成的氯化物应为GeCl₄和H₂O，反应方程式为：GeO₂+4HCl═GeCl₄+2H₂O．
故答案为：GeO₂+4HCl═GeCl₄+2H₂O．
②GeCl₄水解反应：GeCl₄+4H₂OGe（OH）₄+4HCl（正反应吸热），生成原锗酸H₄GeO₄与HCl，原锗酸H₄GeO₄失水变为锗酸H₂GeO₃，反应方程式为GeCl₄+4H₂O═H₄GeO₄+4HCl、H₄GeO₄═H₂GeO₃+H₂O（或GeCl₄+3H₂O═H₂GeO₃+4HCl ）
故答案为：GeCl₄+4H₂O═H₄GeO₄+4HCl、H₄GeO₄═H₂GeO₃+H₂O（或GeCl₄+3H₂O═H₂GeO₃+4HCl ）．
③GeCl₄水解反应：GeCl₄+4H₂OGe（OH）₄+4HCl（正反应吸热），生成原锗酸H₄GeO₄与HCl，加热平衡向右移动，HCl逸出，且水分不断蒸发，原锗酸H₄GeO₄失水变为锗酸H₂GeO₃，H₄GeO₄失水变为锗酸H₂GeO₃，锗酸受热分解为GeO₂．
锗酸受热分解为GeO₂与水，反应方程式为H₂GeO₃ 

△  .

GeO₂+H₂O．
故答案为：H₂GeO₃ 

△  .

GeO₂+H₂O．
④GeO₂与H₂发生氧化还原反应，H₂夺去GeO₂中的O生成H₂O，Ge被还原出来．反应方程式为GeO₂+2H₂

△  .

Ge+2H₂O．
故答案为：GeO₂+2H₂

△  .

Ge+2H₂O．
（2）前三步的主要作用是分离、提纯和富集锗的氧化物．
第②步中产生的盐酸可以循环到第①步中使用，①③④中产生的水也可以循环到第②步使用．
故答案为：前三步的主要作用是分离、提纯和富集锗的氧化物．
第②步中产生的盐酸可以循环到第①步中使用，①③④中产生的水也可以循环到第②步使用．

点评：考查学生对制备原理的理解、实验步骤的分析、碳族元素化合物性质等，难度不大，根据工艺流程获取信息书写方程式，是对知识综合运用解决问题能力的考查．