题目内容

11．二氧化锗被广泛用于制作高纯金属锗、锗化合物、化工催化剂及医药工业，某工厂用褐煤烟灰（主要成分为C、GeO2，还有少量Al2O3和SiO2）为原料制备GeO2，其流程如图所示：

已知：GeO2难溶于水和稀盐酸，不跟水反应，是以酸性为主的两性氧化物，可与强碱溶液生成锗酸盐，也可与浓盐酸生成可溶于水的GeCl4（GeCl4的沸点是83.1℃）．
（1）用水浸取焙烧物2小时的目的是为了提高含锗化合物的浸出率，操作“X”的名称为蒸馏，该操作除了铁架台、牛角管、锥形瓶、石棉网、酒精灯外还缺少的玻璃仪器是蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管．
（2）写出焙烧时二氧化锗与氢氧化钠发生反应的化学方程式：2NaOH+GeO2$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$Na2GeO3+H2O．
（3）“酸化”至溶液中盐酸浓度为5.3mol•L-1时有利于生成GeCl4，写出该反应的化学方程式：Na2GeO3+6HCl=2NaCl+3H2O+GeCl4，若滤液“酸化”时酸度不够，溶液会出现明显的浑浊，原因是生成了H2GeO3（或GeO2或GeO2•nH2O）沉淀．
（4）GeO2产品中通常混有少量SiO2．取样品w g，测得其中氧原子的物质的量为n mol，则该样品中GeO2的物质的量为$\frac{w-30n}{45}$（或$\frac{w}{45}$-$\frac{2}{3}$n）mol（用含w、n的代数式表示）．

分析 GeO2难溶于水和稀盐酸，不跟水反应，是以酸性为主的两性氧化物，褐煤烟灰（主要成分为C、GeO2，还有少量Al2O3和SiO2）与氢氧化钠、碳酸钠焙烧产生二氧化碳，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，氢氧化钠与二氧化锗反应生成锗酸钠和水，向焙烧后的产物：锗酸钠、Al2O3、SiO2加水浸取2小时，向浸出液中加盐酸并调节PH值，二氧化硅不溶于酸，生成的铝离子转化成氧氧化铝沉淀，过滤除去不溶物，继续向滤液中加入盐酸酸化，锗酸钠与盐酸反应生成GeCl4，GeCl4的沸点低，通过蒸馏得到GeCl4，GeCl4与高纯水反应生成GeO2•nH2O，另一种产物为HCl，GeO2•nH2O失水得到GeO2，据此分析解答．
（1）水浸取焙烧物的时间较长，可以使焙烧物中含锗化合物尽可能溶解；GeCl4的沸点低，通过蒸馏得到GeCl4；根据蒸馏实验分析；
（2）GeO2难溶于水和稀盐酸，不跟水反应，是以酸性为主的两性氧化物，可知二氧化锗与氢氧化钠反应生成锗酸钠和水；
（3）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；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）设wg样品中含SiO2、GeO2的物质的量分别为x、y，根据氧原子守恒和质量守恒结合m=nM列式计算．

解答 解：GeO2难溶于水和稀盐酸，不跟水反应，是以酸性为主的两性氧化物，褐煤烟灰（主要成分为C、GeO2，还有少量Al2O3和SiO2）与氢氧化钠、碳酸钠焙烧产生二氧化碳，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，氢氧化钠与二氧化锗反应生成锗酸钠和水，向焙烧后的产物：锗酸钠、Al2O3、SiO2加水浸取2小时，向浸出液中加盐酸并调节PH值，二氧化硅不溶于酸，生成的铝离子转化成氧氧化铝沉淀，过滤除去不溶物，继续向滤液中加入盐酸酸化，锗酸钠与盐酸反应生成GeCl4，GeCl4的沸点低，通过蒸馏得到GeCl4，GeCl4与高纯水反应生成GeO2•nH2O，另一种产物为HCl，GeO2•nH2O失水得到GeO2．
（1）用水浸取焙烧物长达2小时的目的是为了尽可能使焙烧混合物中的含锗化合物溶于水，从而提高含锗化合物的浸出率；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；蒸馏要用到的仪器有铁架台、牛角管、锥形瓶、石棉网、酒精灯，还要蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管，
故答案为：为了提高含锗化合物的浸出率；蒸馏；蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管；
（2）GeO2难溶于水和稀盐酸，不跟水反应，是以酸性为主的两性氧化物，可知二氧化锗与氢氧化钠反应生成锗酸钠和水，反应方程式为：2NaOH+GeO2$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$Na2GeO3+H2O，
故答案为：2NaOH+GeO2$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$Na2GeO3+H2O；
（3）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；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：Na2GeO3+6HCl=2NaCl+3H2O+GeCl4；生成了H2GeO3（或GeO2或GeO2•nH2O）沉淀；
（4）设wg样品中含SiO2、GeO2的物质的量分别为x、y，测得O的物质的量为n mol，根据氧原子守恒可得：2x+2y=n ①，根据质量守恒可得：60x+105y=w②，
联①②可得y=$\frac{w-30n}{45}$（或$\frac{w}{45}$-$\frac{2}{3}$n），
故答案为：$\frac{w-30n}{45}$（或$\frac{w}{45}$-$\frac{2}{3}$n）．

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，题目难度中等，试题中书写化学方程式的知识点较多，解答关键是根据制备流程正确判断反应物、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．

练习册系列答案
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4．阅读、分析下列两个材料：
材料一、

材料二、
物质熔点/℃沸点/℃密度/g•cm-3溶解性
乙二醇（ C2H6O2）-11.51981.11易溶于水和乙醇
丙三醇（C3H8O3）17.92901.26能跟水、酒精以任意比互溶
回答下列问题（填写序号）：
A．蒸馏法 B．萃取法 C．“溶解、结晶、过滤”的方法 D．分液法
（1）将纯碱从氯化钠和纯碱的混合物中分离出来，最好应用C．
（2）将乙二醇和丙三醇相互分离的最佳方法是A．
（3）回收有机溶剂CCl4时，也需采取蒸馏的方法，下面实验装置图中的错误之处有：
①温度计下端的水银球不能插入溶液中
②冷凝管进出水的方向颠倒
③加热烧杯未垫上石棉网
如图进行上述蒸馏时，使用水溶剂加热的好处是受热均匀，便于控制温度．
2．氨、硝酸、硝酸铵、硝酸铜是重要的化工产品，工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如图1，请回答下列问题：

（1）吸收塔中通入空气的作用是提供O2将NO、NO2氧化为HNO3；下列可以代替硝酸镁加入到蒸馏塔中的是A．
A．浓硫酸        B．氯化钙        C．生石灰      D．硝酸亚铁
（2）制硝酸尾气中的氮氧化物常用尿素[CO（NH2）2]作为吸收剂，其主要的反应为：NO、NO2混合气与水反应生成亚硝酸，亚硝酸再与尿素[CO（NH2）2]反应生成CO2和N2，反应的化学方程式为NO+NO2+H2O=2HNO2、2HNO2+CO（NH2）2=CO2↑+2N2↑+3H2O．
（3）在氧化炉里，催化剂存在时氨气和氧气反应：4NH3+5O2?4NO+6H2O，4NH3+3O2?2N2+6H2O 在不同温度时生成产物如图2所示．在氧化炉里，反应温度通常控制在800℃～900℃的理由是在此温度范围里，主产物NO的产率较高．

（4）如图3所示装置可用于电解NO制备 NH4NO3，电解总反应方程式为8NO+7H2O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$3NH4NO3+2HNO3，需补充氨气的理由是与电解产生的HNO3反应生成NH4NO3．
（5）工业上通常用铜与浓硝酸反应制得光谱纯硝酸铜晶体（化学式为Cu（NO3）2•3H2O，摩尔质量为242g/mol）．已知：25℃、1.01×105Pa时，在密闭容器发生反应：2NO2?N2O4，达到平衡时，c（NO2）=0.0400mol/L，c（N2O4）=0.0100mol/L．现用一定量的Cu与足量的浓高纯度硝酸反应，制得5.00L已达到平衡的N2O4和NO2的混合气体（25℃、1.01×105Pa），理论上生成光谱纯硝酸铜晶体的质量为36.3g．
19．实验室用粗锌（含铅等杂质）与过量的稀硫酸反应制氢气的废液制备硫酸锌晶体，其流程如图1：

已知ZnSO4的溶解度如表所示：
温度/℃0102030406080100
溶解度/g41.647.553.861.370.575.471.160.5
（1）实验过程中多次用到如图2所示的过滤装置，仪器a的名称为抽滤瓶．
（2）滤渣Ⅰ的主要成分为PbSO4．X的化学式为ZnO或Zn（OH）2．
（3）溶解过程中加入的稀硫酸的作用是制备ZnSO4并抑制ZnSO4水解．
（4）结晶的操作为蒸发浓缩、冷却结晶．
（5）用酒精进行洗涤的原因是减少硫酸锌晶体的损失，容易干燥．
6．已知：
①H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（g）△H1=akJ•mol-1
②2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）△H2=bkJ•mol-1
③H2（g）+$\frac{1}{2}$O2（g）═H2O（l）△H3=ckJ•mol-1
④2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H4=dkJ•mol-1则a、b、c、d间的大小关系为a＞c＞b＞d（用既含等号又含不等号的代数式表示）
16．钼酸钠晶体（Na2MoO4•2H2O）是无公害型冷却水系统的金属缓蚀剂，由钼精矿（主要成分是MoS2，含少量PbS等）制备钼酸钠晶体的部分流程如图所示：

（1）Na2MoO4•2H2O中钼元素的化合价为+6；
（2）焙烧时为了使钼精矿充分反应，可采取的措施是将矿石粉碎（或增加空气的进入量或采用逆流原理等）（答出一条即可）；
（3）焙烧过程中钼精矿发生的主要反应的化学方程式为MoS2+O2$\stackrel{△}{→}$MoO3+SO2（未配平），该反应中氧化产物是MoO3、SO2（填化学式）；当生成1molSO2时，该反应转移的电子的物质的量为7mol；焙烧中产生的SO2怎样变废为宝工业制硫酸的原料气（答出一条即可）；
（4）碱浸时，MoO3与Na2CO3溶液反应的离子方程式为MoO3+CO32-=MoO42-+CO2↑；
（5）重结晶得到的母液可以在下次重结晶时重复使用，但达到一定次数后必须净化处理，原因使用多次后，母液中杂质的浓度增大，重结晶时会析出杂质，影响产品纯度；
（6）过滤后的碱浸液结晶前需加入Ba（OH）2固体以除去SO42-，当BaMoO4开始沉淀时，
SO42-的去除率为97.5%，已知碱浸液中c（MoO42-）=0.40mol•L-1，c（SO42-）=0.040mol•L-1，Ksp（BaSO4）=1.0×10-10、则Ksp（BaMoO4）=4.0×10-8[加入Ba（OH）2固体引起的溶液体积变化可忽略]．
3．糖类、油脂、蛋白质都是人体必需的营养物质．请回答：
（1）向蛋白质溶液中加入饱和（NH4）2SO4溶液可使蛋白质盐析（填“盐析”或“变性”）．
（2）油脂被摄入人体后，在酶的作用下水解生成高级脂肪酸和甘油（写名称）．
（3）氨基酸是组成蛋白质的基本结构单元，其分子中一定含有的官能团是氨基和羧基（写名称）．氨基酸能（填“能”或“不能”）与盐酸反应．
（4）葡萄糖是一种重要的单（填“单”“二”或“多”）糖，部分葡萄糖在体内被氧化生成二氧化碳和水，同时放出（填“放出”或“吸收”）能量．写出葡萄糖在体内被氧化的化学方程式：C6H12O6+6O2$\stackrel{酶}{→}$6CO2+6H2O．
20．下列各组离子因发生氧化还原反应而不能大量共存的是（　　）
A．H+、Fe2+、NO3-、SO42-B．Al3+、Na+、SO42-、HCO3-
C．Na+、Ca2+、Cl-、SO42-D．Fe3+、K+、SCN-、Cl-
1．NaH和NaAlH4都是重要的还原剂．一定条件下金属钠和H2反应生成NaH．NaH与水反应可产生H2，NaH与AlCl3反应可得到NaAlH4．请推测并回答：
（1）NaH与AlCl3反应得到NaAlH4的化学方程式4NaH+AlCl3=NaAlH4+3NaCl．
（2）NaAlH4与水发生氧化还原反应的化学方程式NaAlH4+2H2O=NaAlO2+4H2↑．
（3）NaH在无水条件下可作为某些钢铁制品的脱锈剂（铁锈的成分表示为Fe2O3），脱锈过程中生成两种产物，其反应的化学方程式为3NaH+Fe2O3=2Fe+3NaOH．
（4）某同学认为：用惰性气体赶尽反应体系中的空气，将铁和盐酸反应后的气体经浓硫酸干燥，再与金属钠反应，得到固体物质即为纯净的NaH；取该固体物质与水反应，若能产生H2，即可证明得到的NaH一定是纯净的．判断该同学设想的制备和验纯方法的合理性并说明理由制备过程不合理，因为盐酸易挥发，氢气中混有HCl，导致产物中有NaCl；验纯方法不合理，如果有Na残留，Na与水反应也产生氢气，且没有考虑混入的NaCl．

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