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）蒸餾可獲得沸點較低的GeCl₄，在此過程中加入濃鹽酸的原因是                       。實驗室蒸餾操作時常用的玻璃儀器有：酒精燈、蒸餾燒瓶、      、       、接收管、錐形瓶等。
（3）GeCl₄水解生成GeO₂·nH₂O，此過程用化學方程式可表示為                                     。
溫度對GeCl₄的水解率產生的影響如圖1所示，其原因是                  。 為控制最佳的反應溫度，實驗時可采取的措施為       （填序號）。

A．用冰水混合物      B．49℃水浴      C．用冰鹽水
（4）結合Ge在元素周期表中的位置及“對角線”法則，分析GeO₂溶解率隨pH 變化的原因                        ，用離子方程式表示pH＞8時GeO₂溶解率增大可能發生的反應                             。

pH	4	5	6	7	8	9
溶解率/%	47.60	32.53	11.19	5.27	1.96	8.85

 

Answer 1

（15分）（1）Ge²⁺+H₂O₂+2H⁺=Ge⁴⁺+2H₂O（2分）
（2）抑制GeCl₄水解   溫度計  冷凝管（各1分）
（3）GeCl₄+ (2+n) H₂O = GeO₂·nH₂O↓+ 4HC1  該水解反應是一個放熱反應    C（各2分）
（4）二氧化鍺具有兩性      GeO₂+2OH^－­= GeO₃^2－+H₂O （各2分）

試題分析：（1）鍺元素由+2升為+4價，則 Ge²⁺是還原劑，H₂O₂是氧化劑，氧元素由—1降為—2價，則還原產物為H₂O，根據電子、電荷和原子守恒配平，則Ge²⁺+H₂O₂+2H⁺=Ge⁴⁺+2H₂O；（2）GeCl₄是強酸弱堿鹽，在水溶液中能水解，加入濃鹽酸能使其水解平衡左移，抑制其水解，防止其變質；蒸餾主要用到的儀器是酒精燈、蒸餾燒瓶、鐵架臺、溫度計、冷凝管、接收器、錐形瓶；（3）GeO₂·nH₂O是水解產物，設其系數為1，根據鍺原子、氯原子、氫原子、氧原子守恒，則該水解反應為GeCl₄+ (2+n) H₂O = GeO₂·nH₂O+ 4HC1；讀圖，升高溫度，GeCl₄的水解率減小，前者能使平衡向吸熱反應方向移動，后者說明平衡向逆反應方向移動，則逆反應是吸熱反應，所以正反應速率是放熱反應；讀圖可知，—12℃時GeCl₄的水解率最高，所得產品的產率最大；冰水混合物的溫度約為0℃，故A錯誤；49℃時GeCl₄的水解率最小，所得產品的產率最小，故B錯誤；冰鹽水的溫度可能為—12℃，故C正確；（4）鋁、鍺均位于元素周期表中金屬與非金屬交界線附近，鋁是鍺左上角相鄰元素，則鍺的性質與鋁相似，由此推斷GeO₂與Al₂O₃相似，都是兩性氧化物；由于Al₂O₃+6H⁺=2Al³⁺+3H₂O、Al₂O₃+2OH^－=2AlO₂^－+H₂O，由此可仿寫出GeO₂+4H⁺=Ge⁴⁺+2H₂O、GeO₂+2OH^－=GeO₃^2－+H₂O，前者是pH<8時GeO₂溶解率增大的主要原因，后者是pH>8時GeO₂溶解率增大的主要原因。