Question

【題目】硅、鍺(32Ge，熔點 937℃)和鎵(31Ga)都是重要的半導體材料，在航空航天測控、核物理探測、光纖通訊、紅外光學、太陽能電池、化學催化劑、生物醫學等領域都有廣泛而重要的應用。鍺與硅是同主族元素。

(1)硅在元素周期表中的位置是________。

(2)硅和鍺與氯元素都能形成氯化物 RCl4(R代表Si和Ge)，從原子結構角度解釋原因 _______。

(3)自然界礦石中鍺濃度非常低，因此從鍺加工廢料(含游離態鍺)中回收鍺是一種非常重要的方法。如圖是一種提取鍺的流程：

①NaClO 溶液浸取含鍺廢料中的鍺時發生反應的離子方程式為_____；為了加NaClO 溶液浸取含鍺廢料的速率，可以采取的措施有_____。

②操作 1 和操作 2 是____。

③ GeO2 的熔點為 1086℃，利用氫氣還原GeO2，每生成 146kg 的鍺放出 akJ 的熱量，該反應的熱化學方程式為_______。

Answer 1

【答案】第三周期 IV A 族 最外層均為 4 個電子，均與氯形成 4 個共用電子對達到穩定結構 Ge + 2ClO- + 2OH-GeO32-+ 2Cl- + H2O 升高溫度或增大次氯酸鈉溶液的濃度或粉碎含鍺廢料或攪拌 過濾 GeO2(s) + 2H2(g) Ge(s) + 2H2O(g) △H= -(a/2000)kJ/mol

【解析】

根據硅的原子結構示意圖判斷其在周期表的位置；根據Si和Ge同主族元素，結構相似解釋；根據題中圖示信息寫出離子方程式和操作1和2的操作；根據影響反應速率的因素，為了加快反應速率應采取的措施；根據題中信息計算反應熱并寫出熱化學方程式。

（1）硅的原子序數為14，原子核外有14個電子，其原子結構示意圖為，有三個電子層，最外層4個電子，則Si位于元素周期表第三周期第ⅣA族；答案為第三周期第ⅣA族。

（2）硅、鍺都是ⅣA族元素，原子最外層都有4個電子，均能與4個氯原子以共價鍵形式形成4對共用電子對，達到8電子的穩定結構；答案為原子最外層都有4個電子，均能與4個氯原子以共價鍵形式形成4對共用電子對，達到8電子的穩定結構。

（3）①由流程圖可知，次氯酸鈉溶液與鍺發生氧化還原反應生成鍺酸鈉、氯化鈉和水，反應的離子方程式為2ClO-+Ge+2OH-2Cl-+GeO32-+H2O；為了加快次氯酸鈉溶液浸取含鍺廢料的速率，根據升高溫度，增大濃度，增大表面積，攪拌等可以加快反應速率，因而采取升高溫度或增大次氯酸鈉溶液的濃度或粉碎含鍺廢料或攪拌等措施加快浸取速率；答案為升高溫度或增大次氯酸鈉溶液的濃度或粉碎含鍺廢料或攪拌。

②由流程圖可知，操作1和操作2都是固液分離，操作方法為過濾；答案為過濾。

③由題意可知，二氧化鍺固體與氫氣反應生成鍺和氣態水，146000g鍺的物質的量為=2000mol，則生成1mol鍺放出的熱量為kJ，反應的熱化學方程式為GeO2(s) + 2H2(g) Ge(s) + 2H2O(g) △H= -kJ/mol；答案為GeO2(s) + 2H2(g) Ge(s)+2H2O(g) △H= -kJ/mol。