Question

6．二氧化锗一般由四氯化锗水解制得，被广泛用于制作高纯金属锗、化工催化剂及电子器件等．现以含锗烟尘（主要含GeO₂、SiO₂和ZnO）为原料可制备GeO₂，其工艺流程图如图1：

已知；GeO₂是两性氧化物；GeCl₄易水解，沸点为86.6℃．
（1）第①步滤渣的主要成分有SiO₂（填化学式），第④步操作所需的玻璃仪器为锥形瓶、牛角管、温度计、酒精灯、冷凝管和_．
（2）第③步萃取时，锗的萃取率与$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$（水相和有机相的体积比）的关系如图2所示，从生产成本角度考虑，较适宜的$\frac{{V}_{水相}}{{V}_{有机相}}$的值为8．
（3）第④步加入盐酸的作用中和NaOH，作反应物，抑制GeCl₄水解 （答两点即可）．
（4）第⑤步反应的化学方程式是GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂?nH₂O+4HCl．
（5）检验GeO₂•nH₂O是否洗涤干净的操作是取最后一次洗涤液于试管中，往其中加入HNO₃酸化的AgNO₃溶液，若不产生白色沉淀，则说明洗涤干净．若产生白色沉淀，则说明未洗涤干净．

Answer 1

分析 含锗烟尘中含有ZnO、CeO₂、SiO₂，加入稀硫酸过滤，溶解的有ZnO、CeO₂，第①步中不溶于稀硫酸的滤渣主要成分有SiO₂，滤液中加入有机萃取剂萃取得到有机层萃取层中加入氢氧化钠进行反萃取得到水层，加入盐酸得到GeCl₄，加入纯水过滤得到GeO₂•nH₂O，加热分解得到GeO₂；
（1）根据题目中的流程可以看出第①步中不溶于稀硫酸的滤渣主要成分有SiO₂、PbO，实验室蒸馏操作用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯．
（2）第③步萃取时，从生产成本角度考虑，由图可知有机萃取剂的用量在V_水相/V_有机相的值为8时比V_水相/V_有机相的值为4时少，此时萃取率处于较高水平，而有机萃取剂较贵，故V_水相/V_有机相的值为8时较适宜．
（3）第④步加入盐酸作用为中和NaOH，作反应物，抑制GeCl₄水解．
（4）第⑤步反应GeCl₄水解得到氯化氢和GeO₂?nH₂O；
（5）检验GeO₂•nH₂O是否洗涤干净的操作是取最后一次洗涤液于试管中，检验是否含有氯离子设计实验验证．

解答 解：（1）根据题目中的流程可以看出，含锗烟尘中含有ZnO、CeO₂、SiO₂，加入稀硫酸过滤，溶解的有ZnO、CeO₂，第①步中不溶于稀硫酸的滤渣主要成分有SiO₂，锥形瓶、牛角管、温度计、酒精灯、冷凝管和蒸馏烧瓶，
故答案为：SiO₂；蒸馏烧瓶；
（2）第③步萃取时，从生产成本角度考虑，由图可知有机萃取剂的用量在V_水相/V_有机相的值为8时比V_水相/V_有机相的值为4时少，此时萃取率处于较高水平，而有机萃取剂较贵，从生产成本角度考虑，故V_水相/V_有机相的值为8时较适宜；
故答案为：8；
（3）第④步加入盐酸作用为中和NaOH，作反应物，同时抑制GeCl₄水解；
故答案为：中和NaOH，作反应物，抑制GeCl₄水解；
（4）第⑤步反应是GeCl₄水解得到氯化氢和GeO₂?nH₂O，反应的化学方程式：GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂?nH₂O+4HCl；
故答案为：GeCl₄+（n+2）H₂O=GeO₂?nH₂O+4HCl；
（5）检验GeO₂•nH₂O是否洗涤干净的操作是：取最后一次洗涤液于试管中，往其中加入HNO₃酸化的AgNO₃溶液，若不产生白色沉淀，则说明洗涤干净．若产生白色沉淀，则说明未洗涤干净；
故答案为：取最后一次洗涤液于试管中，往其中加入HNO₃酸化的AgNO₃溶液，若不产生白色沉淀，则说明洗涤干净．若产生白色沉淀，则说明未洗涤干净．

点评 本题考查制备实验方案设计，为高考高频点，此种题型涉及物质性质、实验基本操作，明确物质的性质及每一步发生的反应、基本操作方法是解本题关键，熟练掌握元素化合物知识，灵活运用知识解答问题，题目难度中等．