Question

某工廠利用褐煤熔灰（主要成分為碳、二氧化鍺，還有少量氧化鋁和二氧化硅）制取純GeO₂的主要流程如圖1：已知：GeO₂是一種難溶于水的偏弱酸性的兩性氧化物，GeCl₄的沸點是83.1℃．
（1）寫出二氧化鍺與碳酸鈉焙燒時發(fā)生反應的化學方程式：

 

．
（2）“酸化”至溶液中鹽酸濃度為5.3 mol?L^-1 時有利于生成四氯化鍺，寫出該反應的化學方程式：

 

．
（3）若濾液“酸化”時酸度不夠，溶液會出現(xiàn)明顯的渾濁，原因是

 

．
（4）操作“X”的名稱為

 

．
（5）四氯化鍺與高純水反應的化學方程式為

 

（6）某科研小組用GeO₂作合成氨反應的催化劑，研究在其他條件不變的情況下，改變起始物氫氣的物質(zhì)的量對反應：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H＜0的影響，實驗結果可表示成如圖2（圖中T表示溫度，n表示物質(zhì)的量）：
①圖象中T₂和T₁的關系是

 

．
A．T₂＞T₁B．T₂＜T₁ C．T₂=T₁D．無法確定
②比較在a、b、c三點所處的平衡狀態(tài)中，反應物N₂的轉化率最高的是

 

（填字母）． 
③若容器容積為1L，在起始體系中加入1molN₂、n=3molH₂，反應達到平衡時H₂的轉化率為60%，則此條件下（T₂），反應的平衡常數(shù)K=

 

．保持容器體積不變，再向容器中加入1molN₂、n=3molH₂，反應達到平衡時，H₂的轉化率將

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：

分析：（1）根據(jù)題干信息可以判斷：反應物為GeO₂、Na₂CO₃，生成物為Na₂GeO₃、CO₂，反應條件為加熱，據(jù)此寫出反應的化學方程式；
（2）類比偏鋁酸鈉與鹽酸的反應，根據(jù)題干信息判斷反應物、生成物，然后寫出反應的化學方程式；
（3）如果酸度不夠，鍺酸鈉與氫離子反應生成了生成了H₂GeO₃（或GeO₂或GeO₂?nH₂O），生成了H₂GeO₃（或GeO₂或GeO₂?nH₂O）水中溶解度不大，所以出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象；
（4）溶液中分離易溶物，可以根據(jù)沸點不同利用蒸餾法分離；
（5）根據(jù)反應流程可知，四氯化鍺與高純水反應生成GeO₂?nH₂O，根據(jù)質(zhì)量守恒定律寫出該反應方程式；
（6）①由圖可知，n（H₂）相同時，T₂對應氨氣含高，反應為放熱反應，降低溫度有利于生成氨氣；
②a、b、c三點，n（H₂）越大，平衡正向移動的程度越大，N₂的轉化率越大；
③起始體系中加入1molN₂、n=3molH₂，反應達到平衡時H₂的轉化率為60%，則轉化的氫氣為1.8mol，則
            N₂（g）+3H₂（g） 2NH₃（g）；
開始（mol）：1      3                    0
變化（mol）：0.6     1.8                 1.2
平衡（mol）：0.4     1.2                 1.2
以此計算平衡常數(shù)K，并結合平衡移動分析H₂的轉化率．

解答： 解：（1）根據(jù)反應流程可知，碳酸鈉與二氧化鍺反應生成鍺酸鈉和二氧化碳，反應的化學方程式為GeO₂+Na₂CO₃

△   .

Na₂GeO₃+CO₂↑，
故答案為：GeO₂+Na₂CO₃

△   .

Na₂GeO₃+CO₂↑；
（2）GeO₂是一種難溶于水的偏弱酸性的兩性氧化物，類比氫氧化鋁的性質(zhì)，則H₂GeO₃能夠與氯化氫反應生成生成物為GeCl₄、NaCl和水，反應的化學方程式為：Na₂GeO₃+6HCl=2NaCl+3H₂O+GeCl₄，
故答案為：Na₂GeO₃+6HCl=2NaCl+3H₂O+GeCl₄；
（3）若濾液“酸化”時酸度不夠，Na₂GeO₃與氫離子反應生成了生成了H₂GeO₃（或GeO₂或GeO₂?nH₂O），生成了H₂GeO₃（或GeO₂或GeO₂?nH₂O）在水中溶解度較小，所以溶液會出現(xiàn)明顯的渾濁，
故答案為：生成了H₂GeO₃（或GeO₂或GeO₂?nH₂O）沉淀；
（4）GeCl₄的沸點是83.1℃，其沸點較低，從溶液中分離出GeCl₄，可以通過蒸餾操作操作完成，
故答案為：蒸餾；
（5）根據(jù)制備流程可知，GeCl₄與高純水反應生成GeO₂?nH₂O，另一種產(chǎn)物為HCl，則反應的化學方程式為：GeCl₄+（2+n）H₂O=4HCl+GeO₂?nH₂O，
故答案為：GeCl₄+（2+n）H₂O=4HCl+GeO₂?nH₂O；
（6）①由圖可知，n（H₂）相同時，T₂對應氨氣含高，反應為放熱反應，降低溫度有利于生成氨氣，則T₂＜T₁ ，故答案為：B；
②a、b、c三點，n（H₂）越大，平衡正向移動的程度越大，N₂的轉化率越大，c點時氫氣的物質(zhì)的量最大，c點N₂的轉化率最高，故答案為：c；
③起始體系中加入1molN₂、n=3molH₂，反應達到平衡時H₂的轉化率為60%，則轉化的氫氣為1.8mol，則
             N₂（g）+3H₂（g） 2NH₃（g）；
開始（mol）：1       3                    0
變化（mol）：0.6      1.8                  1.2
平衡（mol）：0.4      1.2                  1.2
容器容積為1L，平衡濃度分別為0.4mol/L、1.2mol/L、1.2mol/L，
則平衡常數(shù)K=

(1.2)2

0.4×(1.2)3

=2.08（mol/L）^-2，
保持容器體積不變，再向容器中加入1molN₂、n=3molH₂，總物質(zhì)的量增大，壓強變大，平衡正向移動，則H₂的轉化率增大，故答案為：2.08（mol/L）^-2；增大．

點評：本題通過純GeO₂的制備流程，考查了物質(zhì)制備方案的設計方法及化學平衡的計算等，題目難度中等，試題中書寫化學方程式的知識點較多，注意利用流程和信息判斷反應物、生成物，然后利用質(zhì)量守恒定律書寫出方程式即可，試題有利于培養(yǎng)學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識解決實際問題的能力．