Question

【題目】鍺是一種重要的戰(zhàn)略資源，在半導(dǎo)體、航空航天測控等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。下圖是以一種鍺礦主要成分為、、為原料制備鍺的工藝流程：

已知：

為兩性氧化物。

“萃取”時(shí)用的萃取劑在本實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)有很好的選擇性。

的熔、沸點(diǎn)分別為、，極易水解放熱。

“蒸餾”過程中發(fā)生的反應(yīng)為。

(1)鍺在元素周期表中的位置為第_________周期第________族。

(2)“粉碎”的目的是_______________________。

(3)“焙燒”過程中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________。

(4)“濾渣”的成分為________________填化學(xué)式，“水相”中的陽離子除了和外，還有__________________填離子符號(hào)。

(5)“萃取”時(shí)，鍺的萃取率與水相與有機(jī)相的體積比的關(guān)系如圖所示，從生產(chǎn)成本的角度考慮，最適宜的為______________填序號(hào)。

(6)“水解”時(shí)反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________，該步實(shí)驗(yàn)操作必須在冰鹽浴中進(jìn)行的原因除了有利于水解反應(yīng)正向進(jìn)行外，還有______________。

(7)假設(shè)流程中每步都沒有鍺元素?fù)p失，若鍺 含鍺經(jīng)提純得到的鍺，則雜質(zhì)元素的脫除率為_____________用含a、b、c的式子表示。已知：雜質(zhì)元素的脫除率

Answer 1

【答案】四 ⅣA 增大反應(yīng)物的接觸面積，加快酸浸反應(yīng)速率 SiO2 Cu2+ C GeCl4+(n+2)H2O=GeO2nH2O↓+4HCl 防止溫度高時(shí)，GeCl4揮發(fā) ×100％

【解析】

以鍺礦主要成分為、、為原料進(jìn)行粉碎煅燒將硫元素轉(zhuǎn)化為二氧化硫脫硫，轉(zhuǎn)化為多種氧化物（主要為GeO2、Fe2O3、CuO、SiO2）的混合物，再利用硫酸酸浸，進(jìn)行溶解，其中二氧化硅不與硫酸反應(yīng)，過濾后得到含有Ge4+、Fe3+、Cu2+的濾液，加入萃取劑將Ge4+轉(zhuǎn)移至萃取劑中，進(jìn)行分液，將Fe3+、Cu2+與Ge4+進(jìn)行分離除去，向含有Ge4+的有機(jī)液中加入氫氧化鈉溶液，再次進(jìn)行分液，將Ge4+從有機(jī)溶劑中分離出來并反應(yīng)：Ge4++6OH-═GeO32-+3H2O轉(zhuǎn)化為含Na2GeO3的溶液，向溶液中加入鹽酸中和多余的堿并與Na2GeO3反應(yīng)并蒸餾，“蒸餾”過程中的反應(yīng)為：Na2GeO3+6HCl═2NaCl+GeCl4+3H2O，得到GeCl4，向GeCl4中加入高純水，發(fā)生的水解反應(yīng)為GeCl4+(n+2)H2O=GeO2nH2O↓+4HCl，然后過濾得到母液和GeO2nH2O，將GeO2nH2O烘干得到高純的GeO2，高溫下，用氫氣還原GeO2轉(zhuǎn)化為Ge。

(1)利用元素周期表，根據(jù)與碳元素同族，判斷鍺元素在周期表的位置；

(2)根據(jù)加快反應(yīng)速率的方法，分析考慮；

(3)“焙燒”的目的是為了將鍺礦中的主要成分轉(zhuǎn)化為氧化物；

(4)結(jié)合物質(zhì)性質(zhì)，分析“焙燒”后的產(chǎn)物與硫酸的反應(yīng)；

(5)由圖像分析，水相與有機(jī)相的體積比為小于8時(shí)對(duì)鍺的萃取率影響不大，從生產(chǎn)成本的角度考慮有機(jī)萃取劑使用越少越成本可降低；

(6) 結(jié)合流程中過濾、洗滌后得到的及水解原理書寫方程式，結(jié)合題中提供信息分析原因；

(7)根據(jù)題中已知信息計(jì)算出理論上脫除雜質(zhì)元素的質(zhì)量及實(shí)際脫除雜質(zhì)元素的質(zhì)量，則雜質(zhì)元素的脫除率=×100%。

(1)由碳、硅、鍺同族可知，鍺在周期表中位于第四周期第ⅣA族；

(2)粉碎”的目的是增大反應(yīng)物的接觸面積，加快酸浸反應(yīng)速率；

(3)結(jié)合“焙燒”后產(chǎn)生可知氧氣參與了反應(yīng)，再結(jié)合Ge的最高價(jià)為可知產(chǎn)物還有，反應(yīng)的化學(xué)方程式為；

(4) “焙燒”后得到的固體為、CuO、、，只有不與硫酸反應(yīng)。結(jié)合信息可知，水相中陽離子為、和，而進(jìn)入了有機(jī)相中；

(5)從生產(chǎn)成本的角度考慮，應(yīng)該在萃取率下降不多的情況下使萃取劑的體積盡可能的小，故選C；

(6)結(jié)合流程中過濾、洗滌后得到的及水解原理書寫方程式為；結(jié)合信息可知該水解反應(yīng)放熱會(huì)導(dǎo)致體系溫度升高而使揮發(fā)導(dǎo)致產(chǎn)率下降；

(7) 若鍺 含鍺經(jīng)提純得到的鍺，雜質(zhì)的百分含量=1-b%，理論上脫除雜質(zhì)元素的質(zhì)量=kg，實(shí)際脫除雜質(zhì)元素的質(zhì)量=(a-c)kg，則雜質(zhì)元素的脫除率=×100%=。