Question

【题目】锗是一种重要的半导体材料。工业上用精硫锗矿（主要成分为GeS2，杂质不反应）制取Ge，其工艺流程如图所示：

回答下列问题：

（1）开始将精硫锗矿粉碎的目的是______。

（2）高温焙烧精硫锗矿的化学方程式为______。

（3）热还原真空挥发炉内反应的化学方程式为______。

（4）在沉锗过程中，当温度为90℃，pH为14时，加料量（CaCl2/Ge质量比）对沉锗的影响如表所示，选择最佳加料量为______（填“10-15”“15-20”或“20-25”），理由是______。

编号	加料量（CaCl2/Ge）	母液体积 （mL）	过滤后液含锗（mg/L）	过滤后液 pH	锗沉淀率（%）
1	10	500	76	8	93.67
2	15	500	20	8	98.15
3	20	500	2	11	99.78
4	25	500	1.5	12	99.85

（5）某温度时，沉锗得到的CaGeO3在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。下列说法错误的是______。

a．n点与p点对应的Ksp相等

b．通过蒸发可以使溶液由q点变到p点

c．q点无CaGeO3沉淀生成

d．加入Na2GeO3可以使溶液由n点变到m点

（6）CaGeO3与强酸反应可得到H2GeO3。0.l molL－1的NaHGeO3溶液pH_____（填“＞”“=”或“＜”）7，判断理由是______（通过计算比较）。（25℃时，H2GeO3的Ka1=1.7×10－9，Ka2=1.9×10－13。）

Answer 1

【答案】 增大固体接触面积，使反应更充分 GeS2+3O2GeO2+2SO2 4NaH2PO2 +8GeO2Na4P2O7+H2O+8GeO↑+2H3PO4 20-25 当CaCl2/Ge质量比位于20-25时，锗的沉淀率最大 bd ＞ NaHGeO3的水解平衡常数Kh=Kw/Ka1=1×10－14/1.7×10－9=1/1.7×10－5＞Ka2=1.9×10－13 ，即NaHGeO3溶液中水解程度大于电离程度，溶液显碱性，故pH＞7

【解析】分析：精硫锗矿（主要成分为GeS2，杂质不反应）粉碎后高温下焙烧生成SO2和GeO2。利用NaH2PO2将GeO2还原为GeO，在碱性溶液中双氧水把GeO氧化为Na2GeO3，利用氯化钙沉淀得到CaGeO3，最终得到Ge，据此解答。

分析：（1）开始将精硫锗矿粉碎的目的是增大固体接触面积，加快反应速率，使反应更充分。

（2）高温焙烧精硫锗矿生成SO2和GeO2，根据原子守恒和电子得失守恒可知反应的化学方程式为GeS2+3O2GeO2+2SO2。

（3）热还原真空挥发炉内NaH2PO2将GeO2还原为GeO，同时还有Na4P2O7、H2O、H3PO4生成，根据原子守恒可知反应的化学方程式为4NaH2PO2+8GeO2Na4P2O7+H2O+8GeO↑+2H3PO4。

（4）根据表中数据可知当CaCl2/Ge质量比位于20～25时，锗的沉淀率最大，因此选择最佳加料量为20～25。

（5）a．溶度积常数只与温度有关系，则n点与p点对应的Ksp相等，a正确；b．蒸发时溶液的体积减小，离子浓度均增大，所以通过蒸发不能使溶液由q点变到p点，b错误；c．q点位于溶解平衡曲线的下方，离子积常数小于溶度积常数，因此无CaGeO3沉淀生成，c正确；d．加入Na2GeO3有沉淀析出，钙离子浓度减小，因此不能使溶液由n点变到m点，d错误，答案选bd；

（6）NaHGeO3的水解平衡常数Kh＝Kw/Ka1＝1×10－14/1.7×10－9＝1/1.7×10－5＞Ka2=1.9×10－13，这说明NaHGeO3溶液中HGeO3－的水解程度大于电离程度，溶液显碱性，因此pH＞7。