Question

【題目】鈹是原子能、火箭、導彈、航空、宇宙航行以及冶金工業中不可缺少的一種新興材料。以某地的含氟鈹礦（主要成分為BeO、CaF2、Al2O3、Fe2O3、SiO2及少量的硫酸鹽）為原料，生產工業氧化鈹的一種工藝流程如圖：

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

②Be(OH)2與Al(OH)3性質相似。

回答下列問題：

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

（2）浸渣的主要成分為CaSO4、___。

（3）加入氨水中和酸浸液，若將pH調至8~9，“沉鈹”時產生的沉淀物主要有：___、___、___。

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

（5）若為高氟鈹礦，需在“沉鈹”前進行“除氟”。工業上“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。根據如圖實驗數據，選擇的實驗條件為pH=___，水浴加熱溫度T=___℃。

（6）氧化鈹粗產品含有一定量的硫酸鹽會影響鈹的后續冶煉，可用碳酸鹽脫除，發生反應：CaSO4(s)+Na2CO3(aq)=CaCO3(s)+Na2SO4(aq)。通過計算反應的K值說明用碳酸鈉脫硫酸根反應的程度大小：__。

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弱，BeO22-水解，分離除去沉淀中的鋁元素 4 95 K===2.9×103，K值很大，說明轉化反應程度很大

【解析】

含氟鈹礦（主要成分為BeO、CaF2、Al2O3、Fe2O3、SiO2及少量的硫酸鹽）經過熔煉，發生反應Al2O3+3CaF22AlF3↑+3CaO，“熔煉”后的主要成分BeO、CaF2、Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO與硫酸反應，因SiO2與硫酸不反應，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弱，讓BeO22-水解轉化為Be(OH)2水解得到氫氧化鈹。

（1）根據元素守恒分析，Al2O3轉化為煙氣AlF3，應為Al2O3與CaF2發生復分解反應：Al2O3+3CaF22AlF3↑+3CaO。

（2）“熔煉”后適當冷卻加入硫酸進行“酸浸”，主要是含氟鈹礦中各種氧化物BeO、CaF2、Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO與硫酸反應，因SiO2與硫酸不反應，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調至8~9時，Fe3+、Be2+、Al3+轉化為沉淀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進行“除鐵”，因Fe(OH)3不與氫氧化鈉反應，Be(OH)2、Al(OH)3性質相似為兩性氫氧化物能與氫氧化鈉溶液反應，發生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-，后加適量水稀釋進行“水解”，根據流程中的得到的信息“水解”目的是得到Be(OH)2，故說明流程中加適量的水是稀釋使溶液的堿性變弱，讓BeO22-水解轉化為Be(OH)2，分離除去沉淀中的鋁元素。

（5）若為高氟鈹礦則“酸浸”后溶液中含有大量的氟離子，氟離子濃度偏大會與Be2+形成配合物溶于水而增加了鈹的損失率，因此需在“沉鈹”前進行“除氟。根據題目信息工業上“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F、Al、Fe的沉淀率高，但pH高于4時，鈹的損失率增大，故實驗條件為pH=4，由圖2看出溫度在95℃后雜質離子的除去率高，故水浴加熱溫度為95℃。

（6）反應：CaSO4(s)+Na2CO3(aq)=CaCO3(s)+Na2SO4(aq)的K===2.9×103，因為K值很大，說明CaSO4(s)+Na2CO3(aq)=CaCO3(s)+Na2SO4(aq)反應程度很大。