Question

【題目】和硅同一主族的鍺也是重要的半導體材料，鍺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 GeCl4的熔點為-49.5℃，AsCl3與GeCl4的沸點分別為130.2℃、84℃。

（1）砷的原子序數為33，砷在元素周期表中的位置為第______周期第________族。

（2）“氧化除砷”的過程是將NaAsO2氧化為Na3AsO4，其反應的離子方程式為：___________________________________________________________________。

（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）“蒸餾”過程中的反應的化學方程式為：________________________________。

（5）“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噸的較純二氧化鍺產品，則雜質脫除率為_________。

（7）和砷同一主族的銻也可以用于半導體中。一種突破傳統電池設計理念的鎂—銻液態金屬二次電池工作原理如圖所示：

該電池由于密度的不同，在重力作用下分為三層，工作時中間層熔融鹽的組成不變。充電時，C1－向______（填“上”或“下”）移動；放電時，正極的電極反應式為______。

Answer 1

【答案】 四或4 ⅤA 3AsO2—＋ClO3—＋6 OH—＝3 AsO43—＋Cl—＋3H2O 餾出物中將會含有AsCl3，降低了產品純度 Na2GeO3＋6HCl＝2NaCl＋GeCl4＋3H2O 該水解反應為放熱反應，溫度較低時水解平衡正向移動，反應物平衡轉化率更高；或溫度高時GeCl4易揮發導致降低產率；或溫度高時，結晶水合物的溶解度大 85%或0.85 下 Mg2＋＋2e－＝Mg

【解析】試題分析：由流程及題中信息可知，粗品經堿浸后，二氧化鍺和三氧化二砷溶解分別轉化為鍺酸鈉和亞砷酸鈉，然后用氯酸鈉溶液氧化除砷，加入鹽酸將鍺酸鈉轉化為四氯化鍺，蒸餾得到四氯化鍺，四氯化鍺水解后得GeO2nH2O，GeO2nH2O烘干后得到高純二氧化鍺。

（1）砷的原子序數為33，砷在元素周期表中的位置為第四（或4 ）周期第ⅤA族。

（2）“氧化除砷”的過程是將NaAsO2氧化為Na3AsO4，其反應的離子方程式為3AsO2—＋ClO3—＋6 OH—＝3 AsO43—＋Cl—＋3H2O。

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

（4）“蒸餾”過程中的反應的化學方程式為Na2GeO3＋6HCl＝2NaCl＋GeCl4＋3H2O。

（5）“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，溫度較低時水解平衡向反應方向移動，反應物平衡轉化率更高（或溫度高時GeCl4易揮發導致降低產率；或溫度高時，結晶水合物的溶解度大）。

（6）若1噸二氧化鍺粗品（含雜質30%）經提純得0.745噸的較純二氧化鍺產品，則雜質脫除率為=85%(或0.85)。

（7）由圖可知，該電池的負極是鎂、正極是鎂銻合金；充電時，鎂是陰極、鎂銻合金是陽極，所以C1－向下（陽極）移動；放電時，正極的電極反應式為Mg2＋＋2e－＝Mg。