Question

【題目】鍺是一種重要的半導(dǎo)體材料。工業(yè)上用精硫鍺礦（主要成分為GeS2，雜質(zhì)不反應(yīng)）制取Ge，其工藝流程如圖所示：

回答下列問(wèn)題：

（1）開(kāi)始將精硫鍺礦粉碎的目的是______。

（2）高溫焙燒精硫鍺礦的化學(xué)方程式為______。

（3）熱還原真空揮發(fā)爐內(nèi)反應(yīng)的化學(xué)方程式為______。

（4）在沉鍺過(guò)程中，當(dāng)溫度為90℃，pH為14時(shí)，加料量（CaCl2/Ge質(zhì)量比）對(duì)沉鍺的影響如表所示，選擇最佳加料量為______（填“10-15”“15-20”或“20-25”），理由是______。

編號(hào)	加料量（CaCl2/Ge）	母液體積 （mL）	過(guò)濾后液含鍺（mg/L）	過(guò)濾后液 pH	鍺沉淀率（%）
1	10	500	76	8	93.67
2	15	500	20	8	98.15
3	20	500	2	11	99.78
4	25	500	1.5	12	99.85

（5）某溫度時(shí)，沉鍺得到的CaGeO3在水中的沉淀溶解平衡曲線如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是______。

a．n點(diǎn)與p點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Ksp相等

b．通過(guò)蒸發(fā)可以使溶液由q點(diǎn)變到p點(diǎn)

c．q點(diǎn)無(wú)CaGeO3沉淀生成

d．加入Na2GeO3可以使溶液由n點(diǎn)變到m點(diǎn)

（6）CaGeO3與強(qiáng)酸反應(yīng)可得到H2GeO3。0.l molL－1的NaHGeO3溶液pH_____（填“＞”“=”或“＜”）7，判斷理由是______（通過(guò)計(jì)算比較）。（25℃時(shí)，H2GeO3的Ka1=1.7×10－9，Ka2=1.9×10－13。）

Answer 1

【答案】 增大固體接觸面積，使反應(yīng)更充分 GeS2+3O2GeO2+2SO2 4NaH2PO2 +8GeO2Na4P2O7+H2O+8GeO↑+2H3PO4 20-25 當(dāng)CaCl2/Ge質(zhì)量比位于20-25時(shí)，鍺的沉淀率最大 bd ＞ NaHGeO3的水解平衡常數(shù)Kh=Kw/Ka1=1×10－14/1.7×10－9=1/1.7×10－5＞Ka2=1.9×10－13 ，即NaHGeO3溶液中水解程度大于電離程度，溶液顯堿性，故pH＞7

【解析】分析：精硫鍺礦（主要成分為GeS2，雜質(zhì)不反應(yīng)）粉碎后高溫下焙燒生成SO2和GeO2。利用NaH2PO2將GeO2還原為GeO，在堿性溶液中雙氧水把GeO氧化為Na2GeO3，利用氯化鈣沉淀得到CaGeO3，最終得到Ge，據(jù)此解答。

分析：（1）開(kāi)始將精硫鍺礦粉碎的目的是增大固體接觸面積，加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)更充分。

（2）高溫焙燒精硫鍺礦生成SO2和GeO2，根據(jù)原子守恒和電子得失守恒可知反應(yīng)的化學(xué)方程式為GeS2+3O2GeO2+2SO2。

（3）熱還原真空揮發(fā)爐內(nèi)NaH2PO2將GeO2還原為GeO，同時(shí)還有Na4P2O7、H2O、H3PO4生成，根據(jù)原子守恒可知反應(yīng)的化學(xué)方程式為4NaH2PO2+8GeO2Na4P2O7+H2O+8GeO↑+2H3PO4。

（4）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知當(dāng)CaCl2/Ge質(zhì)量比位于20～25時(shí)，鍺的沉淀率最大，因此選擇最佳加料量為20～25。

（5）a．溶度積常數(shù)只與溫度有關(guān)系，則n點(diǎn)與p點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Ksp相等，a正確；b．蒸發(fā)時(shí)溶液的體積減小，離子濃度均增大，所以通過(guò)蒸發(fā)不能使溶液由q點(diǎn)變到p點(diǎn)，b錯(cuò)誤；c．q點(diǎn)位于溶解平衡曲線的下方，離子積常數(shù)小于溶度積常數(shù)，因此無(wú)CaGeO3沉淀生成，c正確；d．加入Na2GeO3有沉淀析出，鈣離子濃度減小，因此不能使溶液由n點(diǎn)變到m點(diǎn)，d錯(cuò)誤，答案選bd；

（6）NaHGeO3的水解平衡常數(shù)Kh＝Kw/Ka1＝1×10－14/1.7×10－9＝1/1.7×10－5＞Ka2=1.9×10－13，這說(shuō)明NaHGeO3溶液中HGeO3－的水解程度大于電離程度，溶液顯堿性，因此pH＞7。