题目内容
【题目】锗是一种重要的战略资源，在半导体、航空航天测控等领域都有着广泛的应用。下图是以一种锗矿
主要成分为
、
、
为原料制备锗的工艺流程：
已知：
为两性氧化物。
“萃取”时用的萃取剂在本实验条件下对
有很好的选择性。
的熔、沸点分别为
、
，极易水解放热。
“蒸馏”过程中发生的反应为
。
(1)锗在元素周期表中的位置为第_________周期第________族。
(2)“粉碎”的目的是_______________________。
(3)“焙烧”过程中发生反应的化学方程式为________________。
(4)“滤渣”的成分为________________填化学式
，“水相”中的阳离子除了
和
外，还有__________________填离子符号。
(5)“萃取”时，
锗的萃取率与
水相与有机相的体积比的关系如图所示，从生产成本的角度考虑，最适宜的
为______________填序号。
(6)“水解”时反应的化学方程式为_________________，该步实验操作必须在冰盐浴中进行的原因除了有利于水解反应正向进行外，还有______________。
(7)假设流程中每步都没有锗元素损失，若
锗 含锗
经提纯得到
的锗，则杂质元素的脱除率为_____________用含a、b、c的式子表示。已知：杂质元素的脱除率
【答案】四 ⅣA 增大反应物的接触面积，加快酸浸反应速率 
SiO2 Cu2+ C GeCl4+(n+2)H2O=GeO2nH2O↓+4HCl 防止温度高时，GeCl4挥发 
×100％
【解析】
以锗矿
主要成分为
、
、
为原料进行粉碎煅烧将硫元素转化为二氧化硫脱硫，转化为多种氧化物（主要为GeO2、Fe2O3、CuO、SiO2）的混合物，再利用硫酸酸浸，进行溶解，其中二氧化硅不与硫酸反应，过滤后得到含有Ge4+、Fe3+、Cu2+的滤液，加入萃取剂将Ge4+转移至萃取剂中，进行分液，将Fe3+、Cu2+与Ge4+进行分离除去，向含有Ge4+的有机液中加入氢氧化钠溶液，再次进行分液，将Ge4+从有机溶剂中分离出来并反应：Ge4++6OH-═GeO32-+3H2O转化为含Na2GeO3的溶液，向溶液中加入盐酸中和多余的碱并与Na2GeO3反应并蒸馏，“蒸馏”过程中的反应为：Na2GeO3+6HCl═2NaCl+GeCl4+3H2O，得到GeCl4，向GeCl4中加入高纯水，发生的水解反应为GeCl4+(n+2)H2O=GeO2nH2O↓+4HCl，然后过滤得到母液和GeO2nH2O，将GeO2nH2O烘干得到高纯的GeO2，高温下，用氢气还原GeO2转化为Ge。
(1)利用元素周期表，根据与碳元素同族，判断锗元素在周期表的位置；
(2)根据加快反应速率的方法，分析考虑；
(3)“焙烧”的目的是为了将锗矿中的主要成分转化为氧化物；
(4)结合物质性质，分析“焙烧”后的产物与硫酸的反应；
(5)由图像分析，水相与有机相的体积比为小于8时对锗的萃取率影响不大，从生产成本的角度考虑有机萃取剂使用越少越成本可降低；
(6) 结合流程中过滤、洗涤后得到的
及水解原理书写方程式，结合题中提供信息分析原因；
(7)根据题中已知信息计算出理论上脱除杂质元素的质量及实际脱除杂质元素的质量，则杂质元素的脱除率=
×100%。
(1)由碳、硅、锗同族可知，锗在周期表中位于第四周期第ⅣA族；
(2)粉碎”的目的是增大反应物的接触面积，加快酸浸反应速率；
(3)结合“焙烧”后产生
可知氧气参与了反应，再结合Ge的最高价为
可知产物还有
，反应的化学方程式为
；
(4) “焙烧”后得到的固体为
、CuO、、
，只有不与硫酸反应。结合信息
可知，水相中阳离子为
、
和
，而
进入了有机相中；
(5)从生产成本的角度考虑，应该在萃取率下降不多的情况下使萃取剂的体积尽可能的小，故选C；
(6)结合流程中过滤、洗涤后得到的及水解原理书写方程式为
；结合信息
可知该水解反应放热会导致体系温度升高而使
挥发导致产率下降；
(7) 若
锗 含锗
经提纯得到
的锗，杂质的百分含量=1-b%，理论上脱除杂质元素的质量=
kg，实际脱除杂质元素的质量=(a-c)kg，则杂质元素的脱除率=×100%=
。
