Question

3．鍺是重要的半導(dǎo)體材料，應(yīng)用于航空航天測控、光纖通訊等領(lǐng)域．一種提純二氧化鍺粗品（主要含GeO₂、As₂O₃）的工藝如下：

已知：GeCl₄的熔點為-49.5℃，AsCl₃與GeCl₄的沸點分別為130.2℃、84℃．
（1）鍺在元素周期表中的位置為第四周期第ⅣA族．
（2）“堿浸”過程中的化學(xué)反應(yīng)方程式為GeO₂+2NaOH═Na₂GeO₃+H₂O As₂O₃+2NaOH═2NaAsO₂+H₂O．
（3）傳統(tǒng)的提純方法是將粗品直接加入鹽酸中蒸餾，其缺點是餾出物中將會含有AsCl₃，降低了產(chǎn)品純度．
（4）工業(yè)上與蒸餾操作相關(guān)的設(shè)備有AC（填字母序號）．
A．蒸餾釜    B．離心萃取機    C．冷凝塔   D．加壓過濾機
（5）“蒸餾”過程中的化學(xué)反應(yīng)方程式為Na₂GeO₃+6HCl═2NaCl+GeCl₄+3H₂O．
（6）“水解”操作時保持較低溫度有利于提高產(chǎn)率，其最可能的原因是該水解反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度較低時反應(yīng)平衡常數(shù)較大，反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率更高；或溫度高時GeCl4易揮發(fā)降低產(chǎn)率（答一條即可）．
（7）若1噸二氧化鍺粗品（含雜質(zhì)30%）經(jīng)提純的0.724噸的高純二氧化鍺產(chǎn)品，則雜質(zhì)脫除率為92%．

Answer 1

分析 （1）主族元素鍺與碳、硅同主族．
（2）GeO₂溶于強堿溶液，生成鍺酸鹽；As₂O₃類似氧化鋁，與氫氧化鈉反應(yīng)生成NaAsO₂．
（3）將粗品直接加入鹽酸，生成氯化物GeCl₄、AsCl₃，從已知條件給出的沸點看出，不便分離．
（4）教材上的蒸餾實驗用到的蒸餾燒瓶、冷凝器．對比可知工業(yè)上與蒸餾操作相關(guān)的設(shè)備．
（5）根據(jù)前面反應(yīng)得到的鍺酸鹽以及蒸餾加的鹽酸，目標(biāo)產(chǎn)物是GeCl₄ ，根據(jù)化合價不變，再寫出反應(yīng)．
（6）溫度與化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系；另外考慮氯化物的沸點低，高溫易揮發(fā)．
（7）被除掉雜質(zhì)的質(zhì)量除以雜質(zhì)的總質(zhì)量就可得到雜質(zhì)脫除率．

解答 解：（1）第ⅣA族主族元素有碳、硅、鍺、錫、鉛，所以鍺在第四周期第ⅣA族．
故答案為：第四周期第ⅣA族
（2）從后面的工藝可知堿浸過程中的化學(xué)反應(yīng)化合價是沒有改變的．硅與鍺同主族，二氧化硅與強堿反應(yīng)生成硅酸鹽和水，GeO₂溶于強堿溶液，生成鍺酸鹽和水，其中鍺的化合價是+4價，類似Na₂CO₃、Na₂SiO₃；
As₂O₃類似氧化鋁，氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉（NaAlO₂）和水，As₂O₃與氫氧化鈉反應(yīng)生成亞砷酸鈉（NaAsO₂）和水，
故答案為：GeO₂+2NaOH═Na₂GeO₃+H₂O    As₂O₃+2NaOH═2NaAsO₂+H₂O 
（3）將粗品直接加入鹽酸，生成氯化物GeCl₄、AsCl₃氯，化物的沸點都較低，從已知條件也能看出，不便分離．也就是餾出物中將會含有AsCl₃，降低了產(chǎn)品純度．
故答案為：餾出物中將會含有AsCl3，降低了產(chǎn)品純度．
（4）教材上的蒸餾實驗用到的蒸餾燒瓶、冷凝器．工業(yè)上與蒸餾操作相關(guān)的設(shè)備有蒸餾釜、冷凝塔．所以選擇A、C．
故答案為：AC
（5）根據(jù)前面反應(yīng)得到的鍺酸鹽以及蒸餾加的鹽酸，這些是反應(yīng)物，目標(biāo)產(chǎn)物是GeCl₄ ，化合價不變，推出另外的產(chǎn)物為氯化鈉和水．
故答案為：Na₂GeO₃+6HCl═2NaCl+GeCl₄+3H₂O
（6）溫度對化學(xué)平衡的影響是降溫向放熱方向移動，說明水解方向為放熱，溫度較低時反應(yīng)平衡常數(shù)較大，反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率更高；另外是考慮氯化物的沸點低，高溫易揮發(fā)降低產(chǎn)率．
故答案為：該水解反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度較低時反應(yīng)平衡常數(shù)較大，反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率更高；或溫度高時GeCl4易揮發(fā)降低產(chǎn)率．
（7）1噸二氧化鍺粗品（含雜質(zhì)30%），二氧化鍺的質(zhì)量是0.7噸，雜質(zhì)總質(zhì)量0.3噸，經(jīng)提純得到0.724噸產(chǎn)品，說明還有雜質(zhì)0.024噸，雜質(zhì)脫除了0.276噸，雜質(zhì)脫除率是：被除掉雜質(zhì)的質(zhì)量除以雜質(zhì)的總質(zhì)量，即$\frac{0.276}{0.3}$×100%=92%．
故答案為：92%

點評 除第一小題外，其余各小題都有一定難度，比如第2、4小題，考查物質(zhì)性質(zhì)相似性，化學(xué)類推思維，教材遷移能力，第5小題是陌生化學(xué)方程式的書寫，還有第6、7小題需要學(xué)生有應(yīng)變能力，學(xué)習(xí)化學(xué)實際處理問題的能力．