Question

【題目】鍺是一種重要的戰略資源，在半導體、航空航天測控等領域都有著廣泛的應用。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”時用的萃取劑在本實驗條件下對有很好的選擇性。

的熔、沸點分別為、，極易水解放熱。

“蒸餾”過程中發生的反應為。

(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”過程中發生反應的化學方程式為________________。

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

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

(6)“水解”時反應的化學方程式為_________________，該步實驗操作必須在冰鹽浴中進行的原因除了有利于水解反應正向進行外，還有______________。

(7)假設流程中每步都沒有鍺元素損失，若鍺 含鍺經提純得到的鍺，則雜質元素的脫除率為_____________用含a、b、c的式子表示。已知：雜質元素的脫除率

Answer 1

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

【解析】

以鍺礦主要成分為、、為原料進行粉碎煅燒將硫元素轉化為二氧化硫脫硫，轉化為多種氧化物（主要為GeO2、Fe2O3、CuO、SiO2）的混合物，再利用硫酸酸浸，進行溶解，其中二氧化硅不與硫酸反應，過濾后得到含有Ge4+、Fe3+、Cu2+的濾液，加入萃取劑將Ge4+轉移至萃取劑中，進行分液，將Fe3+、Cu2+與Ge4+進行分離除去，向含有Ge4+的有機液中加入氫氧化鈉溶液，再次進行分液，將Ge4+從有機溶劑中分離出來并反應：Ge4++6OH-═GeO32-+3H2O轉化為含Na2GeO3的溶液，向溶液中加入鹽酸中和多余的堿并與Na2GeO3反應并蒸餾，“蒸餾”過程中的反應為：Na2GeO3+6HCl═2NaCl+GeCl4+3H2O，得到GeCl4，向GeCl4中加入高純水，發生的水解反應為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轉化為Ge。

(1)利用元素周期表，根據與碳元素同族，判斷鍺元素在周期表的位置；

(2)根據加快反應速率的方法，分析考慮；

(3)“焙燒”的目的是為了將鍺礦中的主要成分轉化為氧化物；

(4)結合物質性質，分析“焙燒”后的產物與硫酸的反應；

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

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

(7)根據題中已知信息計算出理論上脫除雜質元素的質量及實際脫除雜質元素的質量，則雜質元素的脫除率=×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”的目的是增大反應物的接觸面積，加快酸浸反應速率；

(3)結合“焙燒”后產生可知氧氣參與了反應，再結合Ge的最高價為可知產物還有，反應的化學方程式為；

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

(5)從生產成本的角度考慮，應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)結合流程中過濾、洗滌后得到的及水解原理書寫方程式為；結合信息可知該水解反應放熱會導致體系溫度升高而使揮發導致產率下降；

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