Question

【題目】鈹是原子能、火箭、導(dǎo)彈、航空、宇宙航行以及冶金工業(yè)中不可缺少的一種新興材料。以某地的含氟鈹?shù)V（主要成分為BeO、CaF2、Al2O3、Fe2O3、SiO2及少量的硫酸鹽）為原料，生產(chǎn)工業(yè)氧化鈹?shù)囊环N工藝流程如圖：

已知：①25℃，Ksp(CaCO3)=8.7×10-9；Ksp(CaSO4)=2.5×10-5；

②Be(OH)2與Al(OH)3性質(zhì)相似。

回答下列問(wèn)題：

（1）“熔煉”的溫度為1600℃，其中約20%的Al2O3反應(yīng)生成煙氣(主要成分為AlF3)，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為___。

（2）浸渣的主要成分為CaSO4、___。

（3）加入氨水中和酸浸液，若將pH調(diào)至8~9，“沉鈹”時(shí)產(chǎn)生的沉淀物主要有：___、___、___。

（4）“沉鈹”后將濾渣加入足量氫氧化鈉溶液提高pH進(jìn)行“除鐵”，鈹元素參與反應(yīng)的離子方程式為___，然后加適量水稀釋進(jìn)行“水解”，目的是___。

（5）若為高氟鈹?shù)V，需在“沉鈹”前進(jìn)行“除氟”。工業(yè)上“除氟”是加入10%的氨水，并控制一定的條件，使氟與鋁鐵形成共沉淀物而除去。根據(jù)如圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇的實(shí)驗(yàn)條件為pH=___，水浴加熱溫度T=___℃。

（6）氧化鈹粗產(chǎn)品含有一定量的硫酸鹽會(huì)影響鈹?shù)暮罄m(xù)冶煉，可用碳酸鹽脫除，發(fā)生反應(yīng)：CaSO4(s)+Na2CO3(aq)=CaCO3(s)+Na2SO4(aq)。通過(guò)計(jì)算反應(yīng)的K值說(shuō)明用碳酸鈉脫硫酸根反應(yīng)的程度大小：__。

Answer 1

【答案】Al2O3+3CaF22AlF3↑+3CaO SiO2 Fe(OH)3 Be(OH)2 Al(OH)3 Be(OH)2+2OH-=BeO22-+H2O或Be(OH)2+2OH-=Be(OH)42- 稀釋使溶液的堿性變?nèi)酰?/span>BeO22-水解，分離除去沉淀中的鋁元素 4 95 K===2.9×103，K值很大，說(shuō)明轉(zhuǎn)化反應(yīng)程度很大

【解析】

含氟鈹?shù)V（主要成分為BeO、CaF2、Al2O3、Fe2O3、SiO2及少量的硫酸鹽）經(jīng)過(guò)熔煉，發(fā)生反應(yīng)Al2O3+3CaF22AlF3↑+3CaO，“熔煉”后的主要成分BeO、CaF2、Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO與硫酸反應(yīng)，因SiO2與硫酸不反應(yīng)，而CaSO4微溶于水，則“酸浸”除去二氧化硅等，“酸浸”后濾液中的離子主要為H+、Fe3+、Be2+、Al3+、SO42-等，“沉鈹”后Fe3+、Be2+、Al3+轉(zhuǎn)化為沉淀Fe(OH)3、Be(OH)2、Al(OH)3，加入氫氧化鈉后Be(OH)2、Al(OH)3溶解生成BeO22-、AlO2-并除去氫氧化鐵，最后加適量的水稀釋使溶液的堿性變?nèi)酰��?/span>BeO22-水解轉(zhuǎn)化為Be(OH)2水解得到氫氧化鈹。

（1）根據(jù)元素守恒分析，Al2O3轉(zhuǎn)化為煙氣AlF3，應(yīng)為Al2O3與CaF2發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)：Al2O3+3CaF22AlF3↑+3CaO。

（2）“熔煉”后適當(dāng)冷卻加入硫酸進(jìn)行“酸浸”，主要是含氟鈹?shù)V中各種氧化物BeO、CaF2、Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO與硫酸反應(yīng)，因SiO2與硫酸不反應(yīng)，而CaSO4微溶于水，故浸渣的主要成分為CaSO4、SiO2。

（3）酸浸后濾液中的離子主要為H+、Fe3+、Be2+、Al3+、SO42-等，加入氨水中和酸浸液，pH調(diào)至8~9時(shí)，Fe3+、Be2+、Al3+轉(zhuǎn)化為沉淀Fe(OH)3、Be(OH)2、Al(OH)3。

（4）“沉鈹”后將濾渣加入足量氫氧化鈉溶液提高pH進(jìn)行“除鐵”，因Fe(OH)3不與氫氧化鈉反應(yīng)，Be(OH)2、Al(OH)3性質(zhì)相似為兩性氫氧化物能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，發(fā)生Be(OH)2+2OH-=BeO22-+H2O、Al(OH)3+OH-=AlO2-+2 H2O，將Fe(OH)3分離，溶液中陰離子主要是BeO22-、AlO2-，后加適量水稀釋進(jìn)行“水解”，根據(jù)流程中的得到的信息“水解”目的是得到Be(OH)2，故說(shuō)明流程中加適量的水是稀釋使溶液的堿性變?nèi)酰��?/span>BeO22-水解轉(zhuǎn)化為Be(OH)2，分離除去沉淀中的鋁元素。

（5）若為高氟鈹?shù)V則“酸浸”后溶液中含有大量的氟離子，氟離子濃度偏大會(huì)與Be2+形成配合物溶于水而增加了鈹?shù)膿p失率，因此需在“沉鈹”前進(jìn)行“除氟。根據(jù)題目信息工業(yè)上“除氟”是加入10%的氨水，并控制一定的條件，使氟與鋁鐵形成共沉淀物而除去。圖1明顯在pH=4時(shí)F、Al、Fe的沉淀率高，但pH高于4時(shí)，鈹?shù)膿p失率增大，故實(shí)驗(yàn)條件為pH=4，由圖2看出溫度在95℃后雜質(zhì)離子的除去率高，故水浴加熱溫度為95℃。

（6）反應(yīng)：CaSO4(s)+Na2CO3(aq)=CaCO3(s)+Na2SO4(aq)的K===2.9×103，因?yàn)?/span>K值很大，說(shuō)明CaSO4(s)+Na2CO3(aq)=CaCO3(s)+Na2SO4(aq)反應(yīng)程度很大。