Question

在周期表中，锗和硅位于同主族。四氯化锗(GeCl₄)是光导纤维的掺杂剂，其熔点为－49.5℃， 沸点为83.1℃；易水解，对上呼吸道及皮肤有刺激作用。实验室制备四氯化锗的原理是：Ge＋2Cl₂＝GeCl₄。某课题组同学拟选择下列装置设计实验制备四氯化锗(部分加热装置和夹持装置省略)。回答下列问题：

(1)写出A装置中发生反应的化学方程式_______________。

(2)若气体从左到右流动，则装置连接顺序为A、_______________。

(3)C装置中用于冷凝四氯化锗蒸气的仪器名称是_______________，B装置中的试剂是_______________。

(4)E装置中的试剂是_______________，其作用是_______________。

(5)下列有关说法正确的是_______________。

①实验中，先通入氯气，后加热C中烧瓶

②C装置中温度计的温度控制在49℃左右

③观察到D瓶有气泡和液面上有黄绿色气体

④C装置中硅胶的主要作用可能是干燥产品

(6)四氯化锗遇水蒸气产生一种强酸和一种弱酸。实验室用足量NaOH溶液吸收尾气中少量四氯化锗气体，写出该反应的化学方程式：__________________。

(7)实验中消耗m g 纯锗粉制得a g GeCl₄，则锗的利用率为_______________(用含 m、a 的代数式表示)。

Answer

MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O E、D、C、B (直形)冷凝管 碱石灰 饱和食盐水 除去氯气中的氯化氢 ①③ GeCl4+6NaOH=Na2GeO3+4NaCl+3H2O ×100%

【解析】

(1) 在A装置中浓盐酸与MnO2混合加热制取Cl2；

(2)根据制取的气体中的成分，对气体净化除杂、发生反应制取四氯化锗，同时结合四氯化锗易水解的性质在制取时要避免接触水蒸气分析；

(3)根据仪器结构判断仪器名称；根据装置B中试剂作用判断使用的试剂；

(4)装置E中试剂作用吸收氯气中的杂质HCl，不能反应消耗Cl2；

(5)空气中含有水蒸气，会干扰实验的进行，结合各种物质的性质及装置的作用分析判断；

(6)GeCl4与水反应产生HCl和H2GeO3，然后根据酸碱中和反应原理，书写反应方程式；

(7)根据反应产生GeCl4的质量计算消耗的Ge，然后计算Ge的利用率。

(1)在A装置中浓盐酸与MnO2混合加热制取Cl2，反应方程式为：MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O；

(2)实验装置连接顺序为：使用装置A制取Cl2，通过装置E中的饱和食盐水除去Cl2中的杂质HCl、通过装置D干燥氯气、然后在装置C中反应产生GeCl4、最后用装置B进行尾气处理，故若气体按照从左到右流动，则装置连接顺序为A、E、D、C、B；

(3)根据装置图可知：C装置中用于冷凝四氯化锗蒸气的仪器名称是(直形)冷凝管；B装置的作用是吸收未反应的氯气、防止污染空气，并防止外界空气中的水蒸气进入C装置中，即同时起干燥作用，可选择使用碱石灰；

(4)装置E的作用是用于除去Cl2中的杂质HCl，同时不能反应消耗Cl2，可根据Cl2与水反应是可逆反应，根据平衡移动原理，使用饱和NaCl溶液除去Cl2中的杂质HCl；

(5)①实验中，先通入氯气，后加热C中烧瓶可排出装置中的空气，避免空气中的氧气与锗粉反应产生氧化锗，同时也可以防止空气中的水蒸气与反应产生的GeCl4发生水解作用， ①正确；

②GeCl4的沸点是83.1℃，故C装置中温度计的温度要控制略高于83.1℃，②错误；

③浓硫酸的作用是干燥氯气，因此会观察到D瓶有气泡和液面上有黄绿色气体，③正确；

④硅胶是多孔状物质，可作反应的载体，能增大锗粉与氯气反应的接触面积，而不是作干燥剂，且反应产生四氯化锗产品时没有生成水，④错误；

故合理选项是①③；

(6)四氯化锗与NaOH溶液反应分两步进行，首先是四氯化锗与溶液中的水反应产生HCl和H2GeO3，GeCl4+3H2O=4HCl+H2GeO3，然后是反应得到的两种酸分别与NaOH发生中和反应：HCl+NaOH=NaCl+H2O；H2GeO3+2NaOH=Na2GeO3+2H2O，反应的总方程式为：GeCl4+6NaOH=Na2GeO3+4NaCl+3H2O；

(7)m g锗粉的物质的量是n(Ge)= mol，实际上产生GeCl4质量是a g，a g GeCl4的物质的量是n(GeCl4)= mol，根据Ge元素守恒，消耗Ge的物质的量为n(Ge)=mol，则Ge的利用率为：×100%=×100%。