Question

硅、锗(₃₂Ge，熔点 937℃)和镓(₃₁Ga)都是重要的半导体材料，在航空航天测控、核物理探测、光纤通讯、红外光学、太阳能电池、化学催化剂、生物医学等领域都有广泛而重要的应用。锗与硅是同主族元素。

(1)硅在元素周期表中的位置是________。

(2)硅和锗与氯元素都能形成氯化物 RCl₄(R代表Si和Ge)，从原子结构角度解释原因 _______。

(3)自然界矿石中锗浓度非常低，因此从锗加工废料(含游离态锗)中回收锗是一种非常重要的方法。如图是一种提取锗的流程：

①NaClO 溶液浸取含锗废料中的锗时发生反应的离子方程式为_____；为了加NaClO 溶液浸取含锗废料的速率，可以采取的措施有_____。

②操作 1 和操作 2 是____。

③ GeO₂ 的熔点为 1086℃，利用氢气还原GeO₂，每生成 146kg 的锗放出 akJ 的热量，该反应的热化学方程式为_______。

Answer

第三周期 IV A 族 最外层均为 4 个电子，均与氯形成 4 个共用电子对达到稳定结构 Ge + 2ClO- + 2OH-GeO32-+ 2Cl- + H2O 升高温度或增大次氯酸钠溶液的浓度或粉碎含锗废料或搅拌 过滤 GeO2(s) + 2H2(g) Ge(s) + 2H2O(g) △H= -(a/2000)kJ/mol

【解析】

根据硅的原子结构示意图判断其在周期表的位置；根据Si和Ge同主族元素，结构相似解释；根据题中图示信息写出离子方程式和操作1和2的操作；根据影响反应速率的因素，为了加快反应速率应采取的措施；根据题中信息计算反应热并写出热化学方程式。

（1）硅的原子序数为14，原子核外有14个电子，其原子结构示意图为，有三个电子层，最外层4个电子，则Si位于元素周期表第三周期第ⅣA族；答案为第三周期第ⅣA族。

（2）硅、锗都是ⅣA族元素，原子最外层都有4个电子，均能与4个氯原子以共价键形式形成4对共用电子对，达到8电子的稳定结构；答案为原子最外层都有4个电子，均能与4个氯原子以共价键形式形成4对共用电子对，达到8电子的稳定结构。

（3）①由流程图可知，次氯酸钠溶液与锗发生氧化还原反应生成锗酸钠、氯化钠和水，反应的离子方程式为2ClO-+Ge+2OH-2Cl-+GeO32-+H2O；为了加快次氯酸钠溶液浸取含锗废料的速率，根据升高温度，增大浓度，增大表面积，搅拌等可以加快反应速率，因而采取升高温度或增大次氯酸钠溶液的浓度或粉碎含锗废料或搅拌等措施加快浸取速率；答案为升高温度或增大次氯酸钠溶液的浓度或粉碎含锗废料或搅拌。

②由流程图可知，操作1和操作2都是固液分离，操作方法为过滤；答案为过滤。

③由题意可知，二氧化锗固体与氢气反应生成锗和气态水，146000g锗的物质的量为=2000mol，则生成1mol锗放出的热量为kJ，反应的热化学方程式为GeO2(s) + 2H2(g) Ge(s) + 2H2O(g) △H= -kJ/mol；答案为GeO2(s) + 2H2(g) Ge(s)+2H2O(g) △H= -kJ/mol。