Question

17．锗及其化合物被广泛应用于半导体、催化剂等领域．以铅锌矿含锗烟尘为原料可制备GeO₂，其工艺流程图如1下．

已知：GeO₂是两性氧化物；GeCl₄易水解，沸点86.6℃；PbO不溶于稀硫酸
（1）第①步滤渣主要成分有SiO₂、PbO （填化学式），实验室萃取操作用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯．
（2）第③步萃取时，锗的萃取率与$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$（水相和有机相的体积比）的关系如图2所示，从生产成本角度考虑，较适宜的$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$的值为8．
（3）第④步加入盐酸作用中和NaOH，作反应物，抑制GeCl₄水解（答两点即可）．
（4）第⑤步反应的化学方程式GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂?nH₂O+4HCl．
（5）检验GeO₂•nH₂O是否洗涤干净的操作是取最后一次洗涤液于试管中，往其中加入HNO₃酸化的AgNO₃溶液，若不产生白色沉淀，则说明洗涤干净．若产生白色沉淀，则说明未洗涤干净．
（6）GeO₂产品中通常混有少量SiO₂．取样品5.4g，测得其中氧原子的物质的量为0.105mol，则该样品中GeO₂的物质的量为0.050 mol．

Answer 1

分析 含锗烟尘中含有ZnO、PbO、CeO₂、SiO₂，加入稀硫酸过滤，溶解的有ZnO、CeO₂，第①步中不溶于稀硫酸的滤渣主要成分有SiO₂、PbO，滤液中加入有机萃取剂萃取得到有机层萃取层中加入氢氧化钠进行反萃取得到水层，加入盐酸得到GeCl₄，加入纯水过滤得到GeO₂•nH₂O，加热分解得到GeO₂；
（1）根据题目中的流程可以看出第①步中不溶于稀硫酸的滤渣主要成分有SiO₂、PbO，实验室萃取操作用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯．
（2）第③步萃取时，从生产成本角度考虑，由图可知有机萃取剂的用量在$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$的值为8时比$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$的值为4时少，此时萃取率处于较高水平，而有机萃取剂较贵，故$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$的值为8时较适宜．
（3）第④步加入盐酸作用为中和NaOH，作反应物，抑制GeCl₄水解．
（4）第⑤步反应GeCl₄水解得到氯化氢和GeO₂?nH₂O；
（5）检验GeO₂•nH₂O是否洗涤干净的操作是取最后一次洗涤液于试管中，检验是否含有氯离子设计实验验证；
（6）设GeO₂的物质的量为xmol，SiO₂的物质的量为ymol，依据蒸馏和原子守恒列式计算：2（x+y）=0.105  105x+60y=5.4，解得x=0.050，故该样品中GeO₂的物质的量为0.050mol．

解答 解：（1）根据题目中的流程可以看出，含锗烟尘中含有ZnO、PbO、CeO₂、SiO₂，加入稀硫酸过滤，溶解的有ZnO、CeO₂，第①步中不溶于稀硫酸的滤渣主要成分有SiO₂、PbO，实验室萃取操作用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯；
故答案为：SiO₂、PbO，分液漏斗、烧杯；
（2）第③步萃取时，从生产成本角度考虑，由图可知有机萃取剂的用量在$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$的值为8时比$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$的值为4时少，此时萃取率处于较高水平，而有机萃取剂较贵，从生产成本角度考虑，故$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$的值为8时较适宜；
故答案为：8；
（3）第④步加入盐酸作用为中和NaOH，作反应物，同时抑制GeCl₄水解；
故答案为：中和NaOH，作反应物，抑制GeCl₄水解；
（4）第⑤步反应是GeCl₄水解得到氯化氢和GeO₂?nH₂O，反应的化学方程式：GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂?nH₂O+4HCl；
故答案为：GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂?nH₂O+4HCl；
（5）检验GeO₂•nH₂O是否洗涤干净的操作是：取最后一次洗涤液于试管中，往其中加入HNO₃酸化的AgNO₃溶液，若不产生白色沉淀，则说明洗涤干净．若产生白色沉淀，则说明未洗涤干净；
故答案为：取最后一次洗涤液于试管中，往其中加入HNO₃酸化的AgNO₃溶液，若不产生白色沉淀，则说明洗涤干净．若产生白色沉淀，则说明未洗涤干净；
（6）GeO₂产品中通常混有少量SiO₂．取样品5.4g，测得其中氧原子的物质的量为0.105mol，设GeO₂的物质的量为xmol，SiO₂的物质的量为ymol，
2（x+y）=0.105 
 105x+60y=5.4，
解得x=0.050，
故该样品中GeO₂的物质的量为0.050mol．
故答案为：0.050．

点评 本题考查了物质分离和提纯的方法和实验设计，实验分析，实验现象的理解，流程和图象的特征分析，物质性质是解题关键，题目难度中等．