Question

【題目】鍺是重要的半導體材料，應用于航空航天測控、光纖通訊等領域．一種提純二氧化鍺粗品（主要含GeO2、As2O3）的工藝如下：

已知：①“堿浸”過程中的反應為：

GeO2+2NaOH=Na2GeO3+H2O

As2O3+2NaOH=2NaAsO2+H2O

②“蒸餾”過程中的反應為：Na2GeO3+6HCl=2NaCl+GeCl4+3H2O

③GeCl4的熔點為-49.5℃，AsCl3與GeCl4的沸點分別為130.2℃、84℃．

（1）鍺的原子序數為32，鍺在元素周期表中的位置為第 ______ 周期 ______ 族．

（2）“氧化除砷”的過程是將NaAsO2氧化為Na3AsO4，其反應方程式為： ______ ．

（3）傳統的提純方法是將粗品直接加入鹽酸中蒸餾，其缺點是 ______ ．

（4）工業上與蒸餾操作相關的設備有 ______

A．蒸餾釜 B．離心萃取機 C．冷凝塔 D．加壓過濾機

（5）“水解”操作時發生的化學反應方程式為 ______ ，“水解”操作時保持較低溫度有利于提高產率，其最可能的原因是 ______ （答一條即可）．

（6）若1噸二氧化鍺粗品（含雜質30%）經提純得0.745噸的高純二氧化鍺產品，則雜質脫除率為 ______．

Answer 1

【答案】四 IVA 3NaAsO2+NaClO3+6NaOH=3Na3AsO4+NaCl+3H2O 餾出物中將會含有AsCl3，降低了產品純度 AC GeCl4+（n+2）H2O=GeO2nH2O↓+4HCl 該水解反應為放熱反應，溫度較低時反應平衡常數較大，反應物平衡轉化率更高或溫度高時GeCl4易揮發降低產率 85%

【解析】

⑴根據鍺的原子序數為32，與碳是同一主族元素，得出周期表位置。

⑵根據氧化還原反應原理來書寫方程式。

⑶AsCl3與GeCl4的沸點分別為130.2℃、84℃，傳統的提純方法是將粗品直接加入鹽酸中蒸餾，其缺點是餾出物中將會含有AsCl3。

⑷蒸餾釜與蒸餾燒瓶相似的性質，冷凝管和冷凝塔有相似的性質。

⑸“水解”操作時保持較低溫度有利于提高產率，其最可能的原因是該水解反應為放熱反應，溫度較低時反應平衡常數較大，反應物平衡轉化率更高或溫度高時GeCl4易揮發降低產率。

⑹若1噸二氧化鍺粗品（含雜質30%）即雜質為0.3噸，經提純得0.745噸的高純二氧化鍺產品，說明還有0.045噸的雜質還未除掉，除掉了0.255噸的雜質，再進行計算脫除率。

⑴鍺的原子序數為32，與碳是同一主族元素，因此鍺在元素周期表中的位置為第四周期IVA族，故答案為：四；IVA。

⑵“氧化除砷”的過程是將NaAsO2氧化為Na3AsO4，其反應方程式為：3NaAsO2+NaClO3+ 6NaOH = 3Na3AsO4+NaCl+3H2O，故答案為：3NaAsO2+NaClO3+ 6NaOH = 3Na3AsO4 + NaCl+3H2O。

⑶AsCl3與GeCl4的沸點分別為130.2℃、84℃，傳統的提純方法是將粗品直接加入鹽酸中蒸餾，其缺點是餾出物中將會含有AsCl3，降低了產品純度，故答案為：餾出物中將會含有AsCl3，降低了產品純度。

⑷蒸餾釜與蒸餾燒瓶相似的性質，冷凝管和冷凝塔有相似的性質，工業上與蒸餾操作相關的設備有AC，故答案為：AC。

⑸“水解”操作時發生的化學反應方程式為GeCl4 + (n+2)H2O = GeO2nH2O↓ + 4HCl，“水解”操作時保持較低溫度有利于提高產率，其最可能的原因是該水解反應為放熱反應，溫度較低時反應平衡常數較大，反應物平衡轉化率更高或溫度高時GeCl4易揮發降低產率，故答案為：該水解反應為放熱反應，溫度較低時反應平衡常數較大，反應物平衡轉化率更高或溫度高時GeCl4易揮發降低產率。

⑹若1噸二氧化鍺粗品（含雜質30%）即雜質為0.3噸，經提純得0.745噸的高純二氧化鍺產品，說明還有0.045噸的雜質還未除掉，除掉了0.255噸的雜質，因此雜質脫除率為 ，故答案為：85%。