Question

12．锗是重要的半导体材料，应用于航空航天测控、光纤通讯等领域．一种提纯二氧化锗粗品（主要含GeO₂、As₂
O₃）的工艺如图：

已知：
①“碱浸”过程中的反应为：GeO₂+2NaOH=Na₂GeO₃+H₂O．As₂O₃+2NaOH=2NaAsO₂+H₂O
②“蒸馏”过程中的反应为：Na₂GeO₃+6HCl=2NaCl+GeCl₄+3H₂O
③GeCl₄的熔点为-49.5℃，AsCl₃与GeCl₄的沸点分别为130.2℃、84℃．
（1）锗的原子序数为32，锗在元素周期表中的位置为第四周期IVA族．
（2）“氧化除砷”的过程是将NaAsO₂氧化为Na₃AsO₄，其反应方程式为：3NaAsO₂+NaClO₃+6NaOH=3Na₃AsO₄+NaCl+3H₂O．
（3）传统的提纯方法是将粗品直接加入盐酸中蒸馏，其缺点是馏出物中将会含有AsCl₃，降低了产品纯度．
（4）工业上与蒸馏操作相关的设备有AC．
A、蒸馏釜   B、离心萃取机    C、冷凝塔   D、加压过滤机
（5）“水解”操作时发生的化学反应方程式为GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂•nH₂O↓+4HCl，“水解”操作时保持较低温度有利于提高产率，其最可能的原因是该水解反应为放热反应，温度较低时反应平衡常数较大，反应物平衡转化率更高；或温度高时GeCl₄易挥发降低产率（答一条即可）．
（6）若1吨二氧化锗粗品（含杂质30%）经提纯得0.745吨的高纯二氧化锗产品，则杂质脱除率为85%．

Answer 1

分析 二氧化锗粗品（主要含GeO₂、As₂O₃）中加入NaOH溶液碱浸，发生的反应为GeO₂+2NaOH═Na₂GeO₃+H₂O、As₂O₃+2NaOH═2NaAsO₂+H₂O，向溶液中加入NaClO₃氧化除砷，发生的反应为3NaAsO₂+NaClO₃+6 NaOH=3 Na₃AsO₄+NaCl+3H₂O，向溶液中加入稀盐酸并蒸馏，“蒸馏”过程中的反应为：Na₂GeO₃+6HCl═2NaCl+GeCl₄+3H₂O，所以得到GeCl₄，向GeCl₄中加入高纯水，发生的水解反应为GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂•n H₂O↓+4HCl，然后过滤得到母液和GeO₂•n H₂O，将GeO₂•n H₂O烘干得到高纯的GeO₂，
（1）锗的原子序数为32，锗在元素周期表中的位置为第四周期IVA族；
（2）“氧化除砷”的过程是将NaAsO₂氧化为Na₃AsO₄，同时氯酸钠被还原生成氯化钠，根据反应物和生成物书写反应方程式；
（3）传统的提纯方法是将粗品直接加入盐酸中蒸馏，馏出物中将会含有AsCl₃；
（4）工业上与蒸馏操作相关的设备有蒸馏釜和冷凝塔；
（5）“水解”时生成GeO₂•n H₂O和HCl，温度高时GeCl₄易挥发，且该反应是放热反应，升高平衡平衡逆向移动；
（6）1吨二氧化锗粗品（含杂质30%）中杂质质量=1t×30%=0.3t，纯的二氧化锗质量=1t×（1-30%）=0.7t，实际上经提纯得0.745吨的高纯二氧化锗产品，则提纯得到的二氧化锗中杂质质量=（0.745-0.7）t=0.045t，据此计算杂质去除率．

解答 解：二氧化锗粗品（主要含GeO₂、As₂O₃）中加入NaOH溶液碱浸，发生的反应为GeO₂+2NaOH═Na₂GeO₃+H₂O、As₂O₃+2NaOH═2NaAsO₂+H₂O，向溶液中加入NaClO₃氧化除砷，发生的反应为3NaAsO₂+NaClO₃+6 NaOH=3 Na₃AsO₄+NaCl+3H₂O，向溶液中加入稀盐酸并蒸馏，“蒸馏”过程中的反应为：Na₂GeO₃+6HCl═2NaCl+GeCl₄+3H₂O，所以得到GeCl₄，向GeCl₄中加入高纯水，发生的水解反应为GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂•n H₂O↓+4HCl，然后过滤得到母液和GeO₂•n H₂O，将GeO₂•n H₂O烘干得到高纯的GeO₂，
（1）锗的原子序数为32，锗在元素周期表中的位置为第四周期IVA族，故答案为：四；IVA；
（2）“氧化除砷”的过程是将NaAsO₂氧化为Na₃AsO₄，同时氯酸钠被还原生成氯化钠，根据反应物和生成物书写反应方程式为3NaAsO₂+NaClO₃+6 NaOH=3 Na₃AsO₄+NaCl+3H₂O，
故答案为：3NaAsO₂+NaClO₃+6 NaOH=3 Na₃AsO₄+NaCl+3H₂O；
（3）传统的提纯方法是将粗品直接加入盐酸中蒸馏，其缺点是馏出物中将会含有AsCl₃，降低了产品纯度，故答案为：馏出物中将会含有AsCl₃，降低了产品纯度；
（4）工业上与蒸馏操作相关的设备有蒸馏釜和冷凝塔，故选AC；
（5）“水解”时生成GeO₂•n H₂O和HCl，反应方程式为GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂•n H₂O↓+4HCl，该水解反应为放热反应，温度较低时反应平衡常数较大，反应物平衡转化率更高；或温度高时GeCl₄易挥发降低产率，所以采用低温水解，
故答案为：GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂•n H₂O↓+4HCl；该水解反应为放热反应，温度较低时反应平衡常数较大，反应物平衡转化率更高；或温度高时GeCl₄易挥发降低产率；
（6）1吨二氧化锗粗品（含杂质30%）中杂质质量=1t×30%=0.3t，纯的二氧化锗质量=1t×（1-30%）=0.7t，实际上经提纯得0.745吨的高纯二氧化锗产品，则提纯得到的二氧化锗中杂质质量=（0.745-0.7）t=0.045t，杂质去除率=$\frac{（0.3-0.045）t}{0.3t}$×100%=85%，
故答案为：85%．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，涉及元素周期表结构及其应用、盐类水解、氧化还原反应等知识点，明确化学反应原理、基本操作、物质性质是解本题关键，知道流程图中发生的反应及基本操作方法，侧重考查学生知识综合应用能力，题目难度中等．