Question

【題目】在周期表中，鍺和硅位于同主族。四氯化鍺(GeCl4)是光導(dǎo)纖維的摻雜劑，其熔點為－49.5℃， 沸點為83.1℃；易水解，對上呼吸道及皮膚有刺激作用。實驗室制備四氯化鍺的原理是：Ge＋2Cl2＝GeCl4。某課題組同學(xué)擬選擇下列裝置設(shè)計實驗制備四氯化鍺(部分加熱裝置和夾持裝置省略)。回答下列問題：

(1)寫出A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式_______________。

(2)若氣體從左到右流動，則裝置連接順序為A、_______________。

(3)C裝置中用于冷凝四氯化鍺蒸氣的儀器名稱是_______________，B裝置中的試劑是_______________。

(4)E裝置中的試劑是_______________，其作用是_______________。

(5)下列有關(guān)說法正確的是_______________。

①實驗中，先通入氯氣，后加熱C中燒瓶

②C裝置中溫度計的溫度控制在49℃左右

③觀察到D瓶有氣泡和液面上有黃綠色氣體

④C裝置中硅膠的主要作用可能是干燥產(chǎn)品

(6)四氯化鍺遇水蒸氣產(chǎn)生一種強酸和一種弱酸。實驗室用足量NaOH溶液吸收尾氣中少量四氯化鍺氣體，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：__________________。

(7)實驗中消耗m g 純鍺粉制得a g GeCl4，則鍺的利用率為_______________(用含 m、a 的代數(shù)式表示)。

Answer 1

【答案】MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O E、D、C、B (直形)冷凝管 堿石灰 飽和食鹽水 除去氯氣中的氯化氫 ①③ GeCl4+6NaOH=Na2GeO3+4NaCl+3H2O ×100%

【解析】

(1) 在A裝置中濃鹽酸與MnO2混合加熱制取Cl2；

(2)根據(jù)制取的氣體中的成分，對氣體凈化除雜、發(fā)生反應(yīng)制取四氯化鍺，同時結(jié)合四氯化鍺易水解的性質(zhì)在制取時要避免接觸水蒸氣分析；

(3)根據(jù)儀器結(jié)構(gòu)判斷儀器名稱；根據(jù)裝置B中試劑作用判斷使用的試劑；

(4)裝置E中試劑作用吸收氯氣中的雜質(zhì)HCl，不能反應(yīng)消耗Cl2；

(5)空氣中含有水蒸氣，會干擾實驗的進(jìn)行，結(jié)合各種物質(zhì)的性質(zhì)及裝置的作用分析判斷；

(6)GeCl4與水反應(yīng)產(chǎn)生HCl和H2GeO3，然后根據(jù)酸堿中和反應(yīng)原理，書寫反應(yīng)方程式；

(7)根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)生GeCl4的質(zhì)量計算消耗的Ge，然后計算Ge的利用率。

(1)在A裝置中濃鹽酸與MnO2混合加熱制取Cl2，反應(yīng)方程式為：MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O；

(2)實驗裝置連接順序為：使用裝置A制取Cl2，通過裝置E中的飽和食鹽水除去Cl2中的雜質(zhì)HCl、通過裝置D干燥氯氣、然后在裝置C中反應(yīng)產(chǎn)生GeCl4、最后用裝置B進(jìn)行尾氣處理，故若氣體按照從左到右流動，則裝置連接順序為A、E、D、C、B；

(3)根據(jù)裝置圖可知：C裝置中用于冷凝四氯化鍺蒸氣的儀器名稱是(直形)冷凝管；B裝置的作用是吸收未反應(yīng)的氯氣、防止污染空氣，并防止外界空氣中的水蒸氣進(jìn)入C裝置中，即同時起干燥作用，可選擇使用堿石灰；

(4)裝置E的作用是用于除去Cl2中的雜質(zhì)HCl，同時不能反應(yīng)消耗Cl2，可根據(jù)Cl2與水反應(yīng)是可逆反應(yīng)，根據(jù)平衡移動原理，使用飽和NaCl溶液除去Cl2中的雜質(zhì)HCl；

(5)①實驗中，先通入氯氣，后加熱C中燒瓶可排出裝置中的空氣，避免空氣中的氧氣與鍺粉反應(yīng)產(chǎn)生氧化鍺，同時也可以防止空氣中的水蒸氣與反應(yīng)產(chǎn)生的GeCl4發(fā)生水解作用， ①正確；

②GeCl4的沸點是83.1℃，故C裝置中溫度計的溫度要控制略高于83.1℃，②錯誤；

③濃硫酸的作用是干燥氯氣，因此會觀察到D瓶有氣泡和液面上有黃綠色氣體，③正確；

④硅膠是多孔狀物質(zhì)，可作反應(yīng)的載體，能增大鍺粉與氯氣反應(yīng)的接觸面積，而不是作干燥劑，且反應(yīng)產(chǎn)生四氯化鍺產(chǎn)品時沒有生成水，④錯誤；

故合理選項是①③；

(6)四氯化鍺與NaOH溶液反應(yīng)分兩步進(jìn)行，首先是四氯化鍺與溶液中的水反應(yīng)產(chǎn)生HCl和H2GeO3，GeCl4+3H2O=4HCl+H2GeO3，然后是反應(yīng)得到的兩種酸分別與NaOH發(fā)生中和反應(yīng)：HCl+NaOH=NaCl+H2O；H2GeO3+2NaOH=Na2GeO3+2H2O，反應(yīng)的總方程式為：GeCl4+6NaOH=Na2GeO3+4NaCl+3H2O；

(7)m g鍺粉的物質(zhì)的量是n(Ge)= mol，實際上產(chǎn)生GeCl4質(zhì)量是a g，a g GeCl4的物質(zhì)的量是n(GeCl4)= mol，根據(jù)Ge元素守恒，消耗Ge的物質(zhì)的量為n(Ge)=mol，則Ge的利用率為：×100%=×100%。