Question

回收再利用鍺產品加工廢料，是生產GeO₂的重要途徑，其流程如下圖。

（1）Ge²⁺與氧化劑H₂O₂反應生成Ge⁴⁺，寫出該反應的離子方程式                    。

（2）蒸餾可獲GeCl₄，在此過程中加入濃鹽酸的原因是                          。

（3）GeCl₄水解生成GeO₂·nH₂O，化學方程式為                      。溫度對GeCl₄的水解率產生的影響如圖1所示，其原因是該水解反應ΔH       0（“>”或“<”）。為控制最佳的反應溫度，實驗時可采取的措施為             水浴。

A．用冰水混合物 B．49℃水浴  C．用冰鹽水

（4）已知Ge的單質和化合物性質與Al的相似，試用離子方程式表示在pH>8的溶液中GeO₂逐漸溶解時發生的反應                            。

 

Answer 1

【答案】

（15分）

（1）Ge²⁺+H₂O₂+2H⁺=Ge⁴⁺+2H₂O  （3分）      （2）抑制GeCl₄水解 （2分）

（3）GeCl₄+ (2+n) H₂O = GeO₂·nH₂O+ 4HCl   （3分）    <  （2分）    C  （2分）

（4） GeO₂+2OH^－­=GeO₃^2—+H₂O  （3分）

【解析】

試題分析：（1）鍺元素由+2升為+4價，說明Ge²⁺是還原劑，過氧化氫是氧化劑，所含氧元素由—1降為—2，根據最小公倍數法配平，則該反應為Ge²⁺+H₂O₂+2H⁺=Ge⁴⁺+2H₂O；（4）鍺位于金屬元素與非金屬元素交界位置，因此推斷它與鋁相似，則GeCl₄是強酸弱堿鹽，蒸餾時加入鹽酸能抑制它水解，防止轉變為GeO₂；（3）根據鹽類水解原理，1mol GeCl₄與4molH₂O完全水解生成1molGe(OH)₄和4molHCl，1molGe(OH)₄受熱分解生成1mol GeO₂和2molH₂O，由此可得GeCl₄+ (2+n) H₂O = GeO₂·nH₂O+ 4HCl；讀圖，相同時間內，隨著反應溫度的升高，水解率減小，前者使平衡向吸熱反應方向移動，后者說明平衡向逆反應方向，則逆反應是吸熱反應，由于正、逆反應的反應熱恰好相反，則正反應是放熱反應，因此該水解反應的焓變小于0；根據實驗目的，為了制取更快、更多地制備GeO₂·nH₂O，應選擇的溫度為—12℃，由于冰水混合物的溫度為0℃，鹽可以降低水的凝固點，則冰鹽水的溫度低于0℃，因此只有C項正確；（4）根據相似類推，Al₂O₃與強堿溶液反應的原理為Al₂O₃+2OH^—=2AlO₂^—+H₂O，由此推斷在堿性溶液反應生成鍺酸鹽和水，即 GeO₂+2OH^－­=GeO₃^2—+H₂O。

考點：考查物質制備工藝流程，涉及氧化還原反應、離子方程式、鹽類水解原理的應用、化學方程式、溫度對化學平衡的影響、放熱反應、吸熱反應、焓變的正負、溫度控制的方法及原理、元素化合物的性質、類比或仿寫等。