Question

【題目】鍺是重要的稀缺戰(zhàn)略資源，廣泛應(yīng)用于眾多國防軍工及民用領(lǐng)域，屬于我國戰(zhàn)略收儲金屬。某科研課題采用的提取鍺技術(shù)路線為：低品位鍺精礦-（次亞磷酸鈉熱還原-真空揮發(fā)富集）-揮發(fā)產(chǎn)物高品位還原鍺精礦-堿氧化預(yù)處理-鹽酸蒸餾提純-高純四氯化鍺-高純二氧化鍺。

（1）在周期表中金屬與非金屬的分界處，可以找到半導(dǎo)體材料，如Si、 等，半導(dǎo)體器件的研制正是開始于 ，后來發(fā)展到研制與它同族的 。三種元素依次是_______（填標號）。

a．Ge Si Ge

b．Ge Ge Si

c．C Si Ge

（2）請配平次亞磷酸鈉熱還原反應(yīng)的化學(xué)方程式并在括號內(nèi)注明反應(yīng)條件：

___NaH2PO2·H2O+GeO2 ___Na4P2O7+___H2O+___GeO↑+___H3PO4，_____________

（3）高品位還原鍺精礦堿氧化預(yù)處理過程的產(chǎn)物是鍺酸鈉，請寫出該過程的化學(xué)反應(yīng)方程式：____________________________________________

（4）高純二氧化鍺含量采用碘酸鉀滴定法進行分析。稱取3.600g高純二氧化鍺樣品，采用氫氧化鈉在電爐上溶樣，次亞磷酸鈉加熱還原，然后以淀粉為指示劑，用碘酸鉀標準溶液（0.6000mol/L）滴定，消耗的碘酸鉀體積為19.00mL。[20℃以下，次亞磷酸鈉不會被碘酸鉀和碘氧化]

①滴定終點的現(xiàn)象是_____________________________。

②此樣品中二氧化鍺含量是_________。（保留四位有效數(shù)字）

（5）用氫氣還原GeO2可制得金屬鍺。其反應(yīng)如下：

GeO2+ H2= GeO+ H2O ①

GeO+ H2= Ge+ H2O ②

GeO2+ 2H2= Ge+ 2H2O ③

反應(yīng)式③ΔH=+13750 kJ/mol ，ΔS=+15600J/(K·mol），則還原反應(yīng)的溫度一般控制在_________℃范圍內(nèi)。[已知GeO在700℃會升華，T(K)=t(℃)+273]

（6）鍺在硝酸中的溶解速度受硝酸濃度、攪拌速度、溫度等因素影響。如圖，鍺溶解速度有一最大值，硝酸的濃度小于此值時，隨濃度增加溶解速度增加，反之降低，這是由于硝酸濃度高時_________加劇所致。

Answer 1

【答案】 b 4 8 1 5 8 2 反應(yīng)條件：氮氣 900~1000℃ GeO + H2O2 + 2NaOH = Na2GeO3 + 2H2O 溶液變?yōu)樗{色，且30s內(nèi)不褪色 99.75% 608~700 鈍化

【解析】試題分析：本題以提取鍺的流程為載體，考查流程的分析，氧化還原反應(yīng)方程式的配平，指定情境下方程式的書寫，氧化還原反應(yīng)的滴定，化學(xué)反應(yīng)自發(fā)性的判斷，元素周期表的應(yīng)用。

（1）在周期表中金屬與非金屬的分界處，可找到半導(dǎo)體材料，如Si、Ge等，半導(dǎo)體器件的研制正是開始于Ge，后來發(fā)展到研制與它同族的Si，答案選b。

（2）反應(yīng)中P元素的化合價由+1價升至+5價，化合價升高4，Ge元素的化合價由+4價降至+2價，化合價降低2，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒可配平為：4NaH2PO2·H2O+8GeO2=Na4P2O7+5H2O+8GeO↑+2H3PO4。根據(jù)流程，反應(yīng)條件為：氮氣、900~1000℃。

（3）高品位還原鍺精礦主要成分為GeO，堿氧化預(yù)處理加入NaOH、H2O2、H2O，兩者作用生成Na2GeO3，GeO被氧化成Na2GeO3，則H2O2被還原成H2O，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：GeO+2NaOH+H2O2=Na2GeO3+2H2O。

（4）①根據(jù)滴定過程，次亞磷酸鈉將GeO2還原為GeO，KIO3將GeO氧化，自身被還原成I-，GeO被完全消耗，再滴入KIO3溶液，KIO3與I-發(fā)生歸中反應(yīng)生成I2，I2遇淀粉呈藍色，滴定終點的現(xiàn)象：溶液變?yōu)樗{色，且30s內(nèi)不褪色。

②根據(jù)得失電子守恒，2n（GeO2）=6n（KIO3），n（GeO2）=3n（KIO3）=30.6mol/L0.019L=0.0342mol，m（GeO2）=0.0342mol105g/mol=3.591g，樣品中GeO2含量為100%=99.75%。

（5）使還原反應(yīng)進行，反應(yīng)③ΔG=ΔH-TΔS=+13750kJ/mol-15.6kJ/（K·mol）T0，T881K，即溫度高于881-273=608℃，由于GeO在700℃會升華，所以還原反應(yīng)的溫度一般控制在608℃~700℃范圍內(nèi)。

（6）Ge與Al在周期表中處于對角線，Ge的性質(zhì)與Al相似，HNO3濃度高時，Ge的溶解速率隨濃度增加而降低，這是由于HNO3濃度高時鈍化加劇所致。