Question

某工厂利用褐煤熔灰（主要成分为碳、二氧化锗，还有少量氧化铝和二氧化硅）制取纯GeO₂的主要流程如图1：已知：GeO₂是一种难溶于水的偏弱酸性的两性氧化物，GeCl₄的沸点是83.1℃．
（1）写出二氧化锗与碳酸钠焙烧时发生反应的化学方程式：

 

．
（2）“酸化”至溶液中盐酸浓度为5.3 mol?L^-1 时有利于生成四氯化锗，写出该反应的化学方程式：

 

．
（3）若滤液“酸化”时酸度不够，溶液会出现明显的浑浊，原因是

 

．
（4）操作“X”的名称为

 

．
（5）四氯化锗与高纯水反应的化学方程式为

 

（6）某科研小组用GeO₂作合成氨反应的催化剂，研究在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对反应：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0的影响，实验结果可表示成如图2（图中T表示温度，n表示物质的量）：
①图象中T₂和T₁的关系是

 

．
A．T₂＞T₁B．T₂＜T₁ C．T₂=T₁D．无法确定
②比较在a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N₂的转化率最高的是

 

（填字母）． 
③若容器容积为1L，在起始体系中加入1molN₂、n=3molH₂，反应达到平衡时H₂的转化率为60%，则此条件下（T₂），反应的平衡常数K=

 

．保持容器体积不变，再向容器中加入1molN₂、n=3molH₂，反应达到平衡时，H₂的转化率将

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：

分析：（1）根据题干信息可以判断：反应物为GeO₂、Na₂CO₃，生成物为Na₂GeO₃、CO₂，反应条件为加热，据此写出反应的化学方程式；
（2）类比偏铝酸钠与盐酸的反应，根据题干信息判断反应物、生成物，然后写出反应的化学方程式；
（3）如果酸度不够，锗酸钠与氢离子反应生成了生成了H₂GeO₃（或GeO₂或GeO₂?nH₂O），生成了H₂GeO₃（或GeO₂或GeO₂?nH₂O）水中溶解度不大，所以出现浑浊现象；
（4）溶液中分离易溶物，可以根据沸点不同利用蒸馏法分离；
（5）根据反应流程可知，四氯化锗与高纯水反应生成GeO₂?nH₂O，根据质量守恒定律写出该反应方程式；
（6）①由图可知，n（H₂）相同时，T₂对应氨气含高，反应为放热反应，降低温度有利于生成氨气；
②a、b、c三点，n（H₂）越大，平衡正向移动的程度越大，N₂的转化率越大；
③起始体系中加入1molN₂、n=3molH₂，反应达到平衡时H₂的转化率为60%，则转化的氢气为1.8mol，则
            N₂（g）+3H₂（g） 2NH₃（g）；
开始（mol）：1      3                    0
变化（mol）：0.6     1.8                 1.2
平衡（mol）：0.4     1.2                 1.2
以此计算平衡常数K，并结合平衡移动分析H₂的转化率．

解答： 解：（1）根据反应流程可知，碳酸钠与二氧化锗反应生成锗酸钠和二氧化碳，反应的化学方程式为GeO₂+Na₂CO₃

△   .

Na₂GeO₃+CO₂↑，
故答案为：GeO₂+Na₂CO₃

△   .

Na₂GeO₃+CO₂↑；
（2）GeO₂是一种难溶于水的偏弱酸性的两性氧化物，类比氢氧化铝的性质，则H₂GeO₃能够与氯化氢反应生成生成物为GeCl₄、NaCl和水，反应的化学方程式为：Na₂GeO₃+6HCl=2NaCl+3H₂O+GeCl₄，
故答案为：Na₂GeO₃+6HCl=2NaCl+3H₂O+GeCl₄；
（3）若滤液“酸化”时酸度不够，Na₂GeO₃与氢离子反应生成了生成了H₂GeO₃（或GeO₂或GeO₂?nH₂O），生成了H₂GeO₃（或GeO₂或GeO₂?nH₂O）在水中溶解度较小，所以溶液会出现明显的浑浊，
故答案为：生成了H₂GeO₃（或GeO₂或GeO₂?nH₂O）沉淀；
（4）GeCl₄的沸点是83.1℃，其沸点较低，从溶液中分离出GeCl₄，可以通过蒸馏操作操作完成，
故答案为：蒸馏；
（5）根据制备流程可知，GeCl₄与高纯水反应生成GeO₂?nH₂O，另一种产物为HCl，则反应的化学方程式为：GeCl₄+（2+n）H₂O=4HCl+GeO₂?nH₂O，
故答案为：GeCl₄+（2+n）H₂O=4HCl+GeO₂?nH₂O；
（6）①由图可知，n（H₂）相同时，T₂对应氨气含高，反应为放热反应，降低温度有利于生成氨气，则T₂＜T₁ ，故答案为：B；
②a、b、c三点，n（H₂）越大，平衡正向移动的程度越大，N₂的转化率越大，c点时氢气的物质的量最大，c点N₂的转化率最高，故答案为：c；
③起始体系中加入1molN₂、n=3molH₂，反应达到平衡时H₂的转化率为60%，则转化的氢气为1.8mol，则
             N₂（g）+3H₂（g） 2NH₃（g）；
开始（mol）：1       3                    0
变化（mol）：0.6      1.8                  1.2
平衡（mol）：0.4      1.2                  1.2
容器容积为1L，平衡浓度分别为0.4mol/L、1.2mol/L、1.2mol/L，
则平衡常数K=

(1.2)2

0.4×(1.2)3

=2.08（mol/L）^-2，
保持容器体积不变，再向容器中加入1molN₂、n=3molH₂，总物质的量增大，压强变大，平衡正向移动，则H₂的转化率增大，故答案为：2.08（mol/L）^-2；增大．

点评：本题通过纯GeO₂的制备流程，考查了物质制备方案的设计方法及化学平衡的计算等，题目难度中等，试题中书写化学方程式的知识点较多，注意利用流程和信息判断反应物、生成物，然后利用质量守恒定律书写出方程式即可，试题有利于培养学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识解决实际问题的能力．