Question

12．鍺是重要的半導(dǎo)體材料，應(yīng)用于航空航天測(cè)控、光纖通訊等領(lǐng)域．一種提純二氧化鍺粗品（主要含GeO₂、As₂
O₃）的工藝如圖：

已知：
①“堿浸”過(guò)程中的反應(yīng)為：GeO₂+2NaOH=Na₂GeO₃+H₂O．As₂O₃+2NaOH=2NaAsO₂+H₂O
②“蒸餾”過(guò)程中的反應(yīng)為：Na₂GeO₃+6HCl=2NaCl+GeCl₄+3H₂O
③GeCl₄的熔點(diǎn)為-49.5℃，AsCl₃與GeCl₄的沸點(diǎn)分別為130.2℃、84℃．
（1）鍺的原子序數(shù)為32，鍺在元素周期表中的位置為第四周期IVA族．
（2）“氧化除砷”的過(guò)程是將NaAsO₂氧化為Na₃AsO₄，其反應(yīng)方程式為：3NaAsO₂+NaClO₃+6NaOH=3Na₃AsO₄+NaCl+3H₂O．
（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(diǎn)是餾出物中將會(huì)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．
A、蒸餾釜   B、離心萃取機(jī)    C、冷凝塔   D、加壓過(guò)濾機(jī)
（5）“水解”操作時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂•nH₂O↓+4HCl，“水解”操作時(shí)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(shí)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(shí)GeCl₄易揮發(fā)降低產(chǎn)率（答一條即可）．
（6）若1噸二氧化鍺粗品（含雜質(zhì)30%）經(jīng)提純得0.745噸的高純二氧化鍺產(chǎn)品，則雜質(zhì)脫除率為85%．

Answer 1

分析 二氧化鍺粗品（主要含GeO₂、As₂O₃）中加入NaOH溶液堿浸，發(fā)生的反應(yīng)為GeO₂+2NaOH═Na₂GeO₃+H₂O、As₂O₃+2NaOH═2NaAsO₂+H₂O，向溶液中加入NaClO₃氧化除砷，發(fā)生的反應(yīng)為3NaAsO₂+NaClO₃+6 NaOH=3 Na₃AsO₄+NaCl+3H₂O，向溶液中加入稀鹽酸并蒸餾，“蒸餾”過(guò)程中的反應(yīng)為：Na₂GeO₃+6HCl═2NaCl+GeCl₄+3H₂O，所以得到GeCl₄，向GeCl₄中加入高純水，發(fā)生的水解反應(yīng)為GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂•n H₂O↓+4HCl，然后過(guò)濾得到母液和GeO₂•n H₂O，將GeO₂•n H₂O烘干得到高純的GeO₂，
（1）鍺的原子序數(shù)為32，鍺在元素周期表中的位置為第四周期IVA族；
（2）“氧化除砷”的過(guò)程是將NaAsO₂氧化為Na₃AsO₄，同時(shí)氯酸鈉被還原生成氯化鈉，根據(jù)反應(yīng)物和生成物書(shū)寫(xiě)反應(yīng)方程式；
（3）傳統(tǒng)的提純方法是將粗品直接加入鹽酸中蒸餾，餾出物中將會(huì)含有AsCl₃；
（4）工業(yè)上與蒸餾操作相關(guān)的設(shè)備有蒸餾釜和冷凝塔；
（5）“水解”時(shí)生成GeO₂•n H₂O和HCl，溫度高時(shí)GeCl₄易揮發(fā)，且該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高平衡平衡逆向移動(dòng)；
（6）1噸二氧化鍺粗品（含雜質(zhì)30%）中雜質(zhì)質(zhì)量=1t×30%=0.3t，純的二氧化鍺質(zhì)量=1t×（1-30%）=0.7t，實(shí)際上經(jīng)提純得0.745噸的高純二氧化鍺產(chǎn)品，則提純得到的二氧化鍺中雜質(zhì)質(zhì)量=（0.745-0.7）t=0.045t，據(jù)此計(jì)算雜質(zhì)去除率．

解答 解：二氧化鍺粗品（主要含GeO₂、As₂O₃）中加入NaOH溶液堿浸，發(fā)生的反應(yīng)為GeO₂+2NaOH═Na₂GeO₃+H₂O、As₂O₃+2NaOH═2NaAsO₂+H₂O，向溶液中加入NaClO₃氧化除砷，發(fā)生的反應(yīng)為3NaAsO₂+NaClO₃+6 NaOH=3 Na₃AsO₄+NaCl+3H₂O，向溶液中加入稀鹽酸并蒸餾，“蒸餾”過(guò)程中的反應(yīng)為：Na₂GeO₃+6HCl═2NaCl+GeCl₄+3H₂O，所以得到GeCl₄，向GeCl₄中加入高純水，發(fā)生的水解反應(yīng)為GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂•n H₂O↓+4HCl，然后過(guò)濾得到母液和GeO₂•n H₂O，將GeO₂•n H₂O烘干得到高純的GeO₂，
（1）鍺的原子序數(shù)為32，鍺在元素周期表中的位置為第四周期IVA族，故答案為：四；IVA；
（2）“氧化除砷”的過(guò)程是將NaAsO₂氧化為Na₃AsO₄，同時(shí)氯酸鈉被還原生成氯化鈉，根據(jù)反應(yīng)物和生成物書(shū)寫(xiě)反應(yīng)方程式為3NaAsO₂+NaClO₃+6 NaOH=3 Na₃AsO₄+NaCl+3H₂O，
故答案為：3NaAsO₂+NaClO₃+6 NaOH=3 Na₃AsO₄+NaCl+3H₂O；
（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(diǎn)是餾出物中將會(huì)含有AsCl₃，降低了產(chǎn)品純度，故答案為：餾出物中將會(huì)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)備有蒸餾釜和冷凝塔，故選AC；
（5）“水解”時(shí)生成GeO₂•n H₂O和HCl，反應(yīng)方程式為GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂•n H₂O↓+4HCl，該水解反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度較低時(shí)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(shí)GeCl₄易揮發(fā)降低產(chǎn)率，所以采用低溫水解，
故答案為：GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂•n H₂O↓+4HCl；該水解反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度較低時(shí)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(shí)GeCl₄易揮發(fā)降低產(chǎn)率；
（6）1噸二氧化鍺粗品（含雜質(zhì)30%）中雜質(zhì)質(zhì)量=1t×30%=0.3t，純的二氧化鍺質(zhì)量=1t×（1-30%）=0.7t，實(shí)際上經(jīng)提純得0.745噸的高純二氧化鍺產(chǎn)品，則提純得到的二氧化鍺中雜質(zhì)質(zhì)量=（0.745-0.7）t=0.045t，雜質(zhì)去除率=$\frac{（0.3-0.045）t}{0.3t}$×100%=85%，
故答案為：85%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)制備，為高頻考點(diǎn)，涉及元素周期表結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用、鹽類水解、氧化還原反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，明確化學(xué)反應(yīng)原理、基本操作、物質(zhì)性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，知道流程圖中發(fā)生的反應(yīng)及基本操作方法，側(cè)重考查學(xué)生知識(shí)綜合應(yīng)用能力，題目難度中等．