Question

【題目】著名化學(xué)家徐光憲在稀土領(lǐng)域貢獻(xiàn)突出，被譽(yù)為“稀土界的袁隆平”。釔是稀土元素之一，我國蘊(yùn)藏著豐富的釔礦石(Y2FeBe2Si2O10)，工業(yè)上通過如下工藝流程制取氧化釔，并獲得副產(chǎn)物鈹。

已知：ⅰ．釔（Y）的常見化合價(jià)為＋3價(jià)；

ⅱ．鈹和鋁處于元素周期表的對角線位置，化學(xué)性質(zhì)相似；

ⅲ．Fe3+、Y3+形成氫氧化物沉淀時(shí)的pH如下表：

離子	開始沉淀時(shí)的pH	完全沉淀時(shí)的pH
Fe3+	2.1	3.1
Y3+	6.0	8.3

（1）將釔礦石與NaOH共熔的反應(yīng)方程式補(bǔ)充完整：

__Y2FeBe2Si2O10+__NaOH+____ __Y(OH)3 +__Fe2O3 + __Na2SiO3 + __Na2BeO2 + __H2O

（2）濾渣Ⅱ的主要成分是____________。

（3）試劑A可以是___________。

A．NaOH溶液 B．氨水 C．CO2 D．CaO

（4）用氨水調(diào)節(jié)pH=a時(shí)，a的取值范圍是_____________________。

（5）計(jì)算常溫下Y3+ +3H2OY(OH)3+3H+的平衡常數(shù)K=________。（常溫下Ksp [Y(OH)3] = 8.0×10-23）

（6）濾液Ⅲ加入氨水產(chǎn)生沉淀的離子方程式為_______________。

（7）從BeCl2溶液中得到BeCl2固體的操作是________。

（8）常見的由BeCl2固體生產(chǎn)Be的工業(yè)方法有兩種：①電解法：電解NaCl-BeCl2混合熔融鹽制備Be；②熱還原法：熔融條件下，鉀還原BeCl2制備Be。以上兩種方法你認(rèn)為哪種更好并請說明理由_________。

Answer 1

【答案】4 32 O2 8 2 8 8 4 H2SiO3 或H4SiO4 B 3.1≤a＜6.0（或其他合理答案） 1.25×10-20 Y3++3NH3 H2O=Y(OH)3↓+3NH4+ 蒸發(fā)結(jié)晶時(shí)，向溶液中持續(xù)通入HCl氣體（或在HCl氣流中加熱蒸干） 電解法好，同時(shí)能得到工業(yè)原料Cl2（熱還原法好，操作簡單，不產(chǎn)生有毒氣體，或其它合理答案）

【解析】

釔礦石與NaOH共熔生成Y(OH)3 、Fe2O3 、Na2SiO3 和Na2BeO2 ，“水溶”后Na2SiO3 和Na2BeO2溶于水成為濾液I的主要溶質(zhì)，Y(OH)3 、Fe2O3不溶，則過濾得到濾渣I的成分為Y(OH)3 、Fe2O3；向?yàn)V液I加入過量鹽酸，Na2SiO3與鹽酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硅酸沉淀，Na2BeO2具有與偏鋁酸鈉相似的性質(zhì)，則與過量鹽酸反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為BeCl2，因此濾渣II為H2SiO3 或H4SiO4，濾液II為BeCl2、NaCl和過量的HCl，再加入過量氨水，分離Be元素，會生成Be(OH)2沉淀，再加過量鹽酸，得到純凈的BeCl2最后獲得副產(chǎn)物Be；另一方面，濾渣I經(jīng)過稀鹽酸溶解后得到YCl3和FeCl3，滴加氨水條件pH，便于分離沉淀Fe元素，得到的濾液中YCl3經(jīng)氨水調(diào)節(jié)適當(dāng)pH沉淀得到Y(OH)3，最終高溫得到Y2O3，據(jù)此分析作答。

根據(jù)上述分析可知，

（1）釔礦石Y2FeBe2Si2O10中，Y顯+3價(jià)，Be顯+2價(jià)，Si顯+4價(jià)，則根據(jù)化合物的各元素化合價(jià)代數(shù)和為0可知，Fe的化合價(jià)為+2價(jià)，與NaOH共熔時(shí)需要氧氣的參與將Fe元素轉(zhuǎn)化為Fe2O3，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒規(guī)律結(jié)合已知的產(chǎn)物可得，其化學(xué)方程式為：4Y2FeBe2Si2O10+32NaOH+ O2 8Y(OH)3 +2Fe2O3 + 8Na2SiO3 + 8Na2BeO2 + 4H2O，故答案為：4；32；O2；8；2；8；8；4；

（2）根據(jù)上述分析可知，濾渣Ⅱ的主要成分為H2SiO3 或H4SiO4；

（3）加入試劑A的目的是為了沉淀Be(OH)2，根據(jù)已知ⅱ可知，需要加入弱堿，B項(xiàng)正確，故選B；

（4）用氨水調(diào)節(jié)pH=a，目的是為了沉淀Fe3+，便于與Y3+分離，根據(jù)已知給出的Fe3+、Y3+形成氫氧化物沉淀時(shí)的pH表數(shù)據(jù)可以看出，pH的范圍為：3.1≤a＜6.0（或其他合理答案）；

（5）該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=====1.25×10-20；

（6）濾液Ⅲ中Y3+加入氨水會生成Y(OH)3，其離子方程式為：Y3++3NH3H2O=Y(OH)3↓+3NH4+；

（7）BeCl2類似于氯化鋁溶液，蒸干時(shí)可能會發(fā)生水解，因此要想得到BeCl2固體，蒸發(fā)結(jié)晶時(shí)，向溶液中持續(xù)通入HCl氣體（或在HCl氣流中加熱蒸干）；

（8）電解法好，同時(shí)能得到工業(yè)原料Cl2（或熱還原法好，操作簡單，不產(chǎn)生有毒氣體，或其它合理答案）。