Question

鍺（Ge）是第ⅣA族元素，它的單質(zhì)是一種良好的半導(dǎo)體材料，被廣泛地應(yīng)用在電子工業(yè)上，鍺可以從煙道灰中提取，其過程如下：

（1）寫出上述各步反應(yīng)的化學(xué)方程式①

GeO₂+4HCl═GeCl₄+2H₂O

；②

GeCl₄+4H₂O═H₄GeO₄+4HCl、H₄GeO₄═H₂GeO₃+H₂O（或GeCl₄+3H₂O═H₂GeO₃+4HCl）

；③

H₂GeO₃

△  .

GeO₂+H₂O．

；④

GeO₂+2H₂

△  .

Ge+2H₂O

．
（2）提取過程中①至③的作用是什么？從節(jié)約資源角度考慮哪一步的產(chǎn)物可以循環(huán)使用？

Answer 1

分析：（1）①鍺最外層有4個電子，所以其最高價為+4，鍺的最高價氧化物為GeO₂，與HCl（aq）發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成的氯化物應(yīng)為GeCl₄和H₂O．
②GeCl₄水解，生成原鍺酸H₄GeO₄與HCl，H₄GeO₄失水變?yōu)殒N酸H₂GeO₃．
③鍺酸受熱分解為GeO₂．
④GeO₂與H₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)，H₂奪去GeO₂中的O生成H₂O，Ge被還原出來．
（2）前三步的主要作用是分離、提純和富集鍺的氧化物．第②步中產(chǎn)生的鹽酸可以循環(huán)到第①步中使用，①③④中產(chǎn)生的水也可以循環(huán)到第②步使用．

解答：解：（1）①鍺最外層有4個電子，所以其最高價為+4，鍺的最高價氧化物為GeO₂，與HCl（aq）發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成的氯化物應(yīng)為GeCl₄和H₂O，反應(yīng)方程式為：GeO₂+4HCl═GeCl₄+2H₂O．
故答案為：GeO₂+4HCl═GeCl₄+2H₂O．
②GeCl₄水解反應(yīng)：GeCl₄+4H₂OGe（OH）₄+4HCl（正反應(yīng)吸熱），生成原鍺酸H₄GeO₄與HCl，原鍺酸H₄GeO₄失水變?yōu)殒N酸H₂GeO₃，反應(yīng)方程式為GeCl₄+4H₂O═H₄GeO₄+4HCl、H₄GeO₄═H₂GeO₃+H₂O（或GeCl₄+3H₂O═H₂GeO₃+4HCl ）
故答案為：GeCl₄+4H₂O═H₄GeO₄+4HCl、H₄GeO₄═H₂GeO₃+H₂O（或GeCl₄+3H₂O═H₂GeO₃+4HCl ）．
③GeCl₄水解反應(yīng)：GeCl₄+4H₂OGe（OH）₄+4HCl（正反應(yīng)吸熱），生成原鍺酸H₄GeO₄與HCl，加熱平衡向右移動，HCl逸出，且水分不斷蒸發(fā)，原鍺酸H₄GeO₄失水變?yōu)殒N酸H₂GeO₃，H₄GeO₄失水變?yōu)殒N酸H₂GeO₃，鍺酸受熱分解為GeO₂．
鍺酸受熱分解為GeO₂與水，反應(yīng)方程式為H₂GeO₃ 

△  .

GeO₂+H₂O．
故答案為：H₂GeO₃ 

△  .

GeO₂+H₂O．
④GeO₂與H₂發(fā)生氧化還原反應(yīng)，H₂奪去GeO₂中的O生成H₂O，Ge被還原出來．反應(yīng)方程式為GeO₂+2H₂

△  .

Ge+2H₂O．
故答案為：GeO₂+2H₂

△  .

Ge+2H₂O．
（2）前三步的主要作用是分離、提純和富集鍺的氧化物．
第②步中產(chǎn)生的鹽酸可以循環(huán)到第①步中使用，①③④中產(chǎn)生的水也可以循環(huán)到第②步使用．
故答案為：前三步的主要作用是分離、提純和富集鍺的氧化物．
第②步中產(chǎn)生的鹽酸可以循環(huán)到第①步中使用，①③④中產(chǎn)生的水也可以循環(huán)到第②步使用．

點評：考查學(xué)生對制備原理的理解、實驗步驟的分析、碳族元素化合物性質(zhì)等，難度不大，根據(jù)工藝流程獲取信息書寫方程式，是對知識綜合運用解決問題能力的考查．