Question

17．鍺及其化合物被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、催化劑等領(lǐng)域．以鉛鋅礦含鍺煙塵為原料可制備GeO₂，其工藝流程圖如1下．

已知：GeO₂是兩性氧化物；GeCl₄易水解，沸點(diǎn)86.6℃；PbO不溶于稀硫酸
（1）第①步濾渣主要成分有SiO₂、PbO （填化學(xué)式），實(shí)驗(yàn)室萃取操作用到的玻璃儀器有分液漏斗、燒杯．
（2）第③步萃取時(shí)，鍺的萃取率與$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有機(jī)相}}$（水相和有機(jī)相的體積比）的關(guān)系如圖2所示，從生產(chǎn)成本角度考慮，較適宜的$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有機(jī)相}}$的值為8．
（3）第④步加入鹽酸作用中和NaOH，作反應(yīng)物，抑制GeCl₄水解（答兩點(diǎn)即可）．
（4）第⑤步反應(yīng)的化學(xué)方程式GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂?nH₂O+4HCl．
（5）檢驗(yàn)GeO₂•nH₂O是否洗滌干凈的操作是取最后一次洗滌液于試管中，往其中加入HNO₃酸化的AgNO₃溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，則說(shuō)明洗滌干凈．若產(chǎn)生白色沉淀，則說(shuō)明未洗滌干凈．
（6）GeO₂產(chǎn)品中通常混有少量SiO₂．取樣品5.4g，測(cè)得其中氧原子的物質(zhì)的量為0.105mol，則該樣品中GeO₂的物質(zhì)的量為0.050 mol．

Answer 1

分析 含鍺煙塵中含有ZnO、PbO、CeO₂、SiO₂，加入稀硫酸過(guò)濾，溶解的有ZnO、CeO₂，第①步中不溶于稀硫酸的濾渣主要成分有SiO₂、PbO，濾液中加入有機(jī)萃取劑萃取得到有機(jī)層萃取層中加入氫氧化鈉進(jìn)行反萃取得到水層，加入鹽酸得到GeCl₄，加入純水過(guò)濾得到GeO₂•nH₂O，加熱分解得到GeO₂；
（1）根據(jù)題目中的流程可以看出第①步中不溶于稀硫酸的濾渣主要成分有SiO₂、PbO，實(shí)驗(yàn)室萃取操作用到的玻璃儀器有分液漏斗、燒杯．
（2）第③步萃取時(shí)，從生產(chǎn)成本角度考慮，由圖可知有機(jī)萃取劑的用量在$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有機(jī)相}}$的值為8時(shí)比$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有機(jī)相}}$的值為4時(shí)少，此時(shí)萃取率處于較高水平，而有機(jī)萃取劑較貴，故$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有機(jī)相}}$的值為8時(shí)較適宜．
（3）第④步加入鹽酸作用為中和NaOH，作反應(yīng)物，抑制GeCl₄水解．
（4）第⑤步反應(yīng)GeCl₄水解得到氯化氫和GeO₂?nH₂O；
（5）檢驗(yàn)GeO₂•nH₂O是否洗滌干凈的操作是取最后一次洗滌液于試管中，檢驗(yàn)是否含有氯離子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；
（6）設(shè)GeO₂的物質(zhì)的量為xmol，SiO₂的物質(zhì)的量為ymol，依據(jù)蒸餾和原子守恒列式計(jì)算：2（x+y）=0.105  105x+60y=5.4，解得x=0.050，故該樣品中GeO₂的物質(zhì)的量為0.050mol．

解答 解：（1）根據(jù)題目中的流程可以看出，含鍺煙塵中含有ZnO、PbO、CeO₂、SiO₂，加入稀硫酸過(guò)濾，溶解的有ZnO、CeO₂，第①步中不溶于稀硫酸的濾渣主要成分有SiO₂、PbO，實(shí)驗(yàn)室萃取操作用到的玻璃儀器有分液漏斗、燒杯；
故答案為：SiO₂、PbO，分液漏斗、燒杯；
（2）第③步萃取時(shí)，從生產(chǎn)成本角度考慮，由圖可知有機(jī)萃取劑的用量在$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有機(jī)相}}$的值為8時(shí)比$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有機(jī)相}}$的值為4時(shí)少，此時(shí)萃取率處于較高水平，而有機(jī)萃取劑較貴，從生產(chǎn)成本角度考慮，故$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有機(jī)相}}$的值為8時(shí)較適宜；
故答案為：8；
（3）第④步加入鹽酸作用為中和NaOH，作反應(yīng)物，同時(shí)抑制GeCl₄水解；
故答案為：中和NaOH，作反應(yīng)物，抑制GeCl₄水解；
（4）第⑤步反應(yīng)是GeCl₄水解得到氯化氫和GeO₂?nH₂O，反應(yīng)的化學(xué)方程式：GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂?nH₂O+4HCl；
故答案為：GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂?nH₂O+4HCl；
（5）檢驗(yàn)GeO₂•nH₂O是否洗滌干凈的操作是：取最后一次洗滌液于試管中，往其中加入HNO₃酸化的AgNO₃溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，則說(shuō)明洗滌干凈．若產(chǎn)生白色沉淀，則說(shuō)明未洗滌干凈；
故答案為：取最后一次洗滌液于試管中，往其中加入HNO₃酸化的AgNO₃溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，則說(shuō)明洗滌干凈．若產(chǎn)生白色沉淀，則說(shuō)明未洗滌干凈；
（6）GeO₂產(chǎn)品中通常混有少量SiO₂．取樣品5.4g，測(cè)得其中氧原子的物質(zhì)的量為0.105mol，設(shè)GeO₂的物質(zhì)的量為xmol，SiO₂的物質(zhì)的量為ymol，
2（x+y）=0.105 
 105x+60y=5.4，
解得x=0.050，
故該樣品中GeO₂的物質(zhì)的量為0.050mol．
故答案為：0.050．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離和提純的方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理解，流程和圖象的特征分析，物質(zhì)性質(zhì)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．