Question

20．硫酸法是現(xiàn)代氧化鈹或氫氧化鈹生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的方法之一，其原理是利用預(yù)焙燒破壞鈹?shù)V物（綠柱石-3BeO•Al₂O₃•6SiO₂及少量FeO等）的結(jié)構(gòu)與晶型，再采用硫酸酸解含鈹?shù)V物，使鈹、鋁、鐵等酸溶性金屬進(jìn)入溶液相，與硅等脈石礦物初步分離，然后將含鈹溶液進(jìn)行凈化、除雜，最終得到合格的氧化鈹（ 或氫氧化鈹） 產(chǎn)品，其工藝流程如圖．
已知：（1）鋁銨礬的化學(xué)式是NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O
（2）鈹元素的化學(xué)性質(zhì)與鋁元素相似
根據(jù)以上信息回答下列問題：
（1）熔煉物酸浸前通常要進(jìn)行粉碎，其目的是：提高鈹元素的浸出速率和浸出率．
（2）“蒸發(fā)結(jié)晶離心除鋁”若在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，完整的操作過程是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶洗滌、過濾．
（3）“中和除鐵”過程中“中和”所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是H⁺+NH₃•H₂O=NH₄⁺+H₂O，用平衡原理解釋“除鐵”的過程由于存在平衡Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，氨水中和H⁺，使c（H⁺）減小，上述平衡正向移動，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀而除去．
（4）加入的“熔劑”除了流程中的方解石外，還可以是純堿、石灰等．其中，石灰具有價(jià)格與環(huán)保優(yōu)勢，焙燒時(shí)配料比（ m石灰/m綠柱石） 通�？刂茷�1：3，焙燒溫度一般為1400℃-1500℃．若用純堿作熔劑，SiO₂與之反應(yīng)的化學(xué)方程式是SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑，若純堿加入過多則Al₂O₃、BeO₂也會發(fā)生反應(yīng)，其中BeO與之反應(yīng)的化學(xué)方程式是BeO+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂BeO₂+CO₂↑，從而會導(dǎo)致酸浸時(shí)消耗更多硫酸，使生產(chǎn)成本升高，結(jié)合離子方程式回答成本升高的原因由BeO+2H⁺=Be²⁺+H₂O和BeO₂^2-+4H⁺=Be²⁺+2H₂O可知，BeO轉(zhuǎn)化為BeO₂^2-后將消耗更多硫酸．

Answer 1

分析 鈹?shù)V物（綠柱石-3BeO•Al₂O₃•6SiO₂及少量FeO等）和方解石熔煉，然后加入稀硫酸，SiO₂、Al₂O₃分別與CaCO₃反應(yīng)生成CaSiO₃、鋁酸鈣，BeO和熔融方解石反應(yīng)生成鈹酸鈣，F(xiàn)eO被氧化，然后加入稀硫酸溶解，浸出出液中含有BeSO₄、Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，向?yàn)V液中加入硫酸銨，硫酸鋁和硫酸銨反應(yīng)生成NH₄Al（SO₄）₂，通過離心沉淀得到NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，濾液中含有BeSO₄、（NH₄）₂SO₄、Fe₂（SO₄）₃，然后向溶液中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH除去鐵離子，然后過濾得到氫氧化鐵沉淀，濾液中含有BeSO₄，再向溶液中加入氨水，得到Be（OH）₂沉淀，煅燒氫氧化鈹?shù)玫焦�業(yè)BeO，
（1）增大反應(yīng)物接觸面積，增大反應(yīng)速率；
（2）“蒸發(fā)結(jié)晶離心除鋁”若在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，完整的操作過程蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、洗滌、過濾；
（3）“中和除鐵”過程中“中和”實(shí)質(zhì)上是利用氨水和溶液中氫離子反應(yīng)促進(jìn)鐵離子水解；
（4）高溫條件下，碳酸鈉和二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳；高溫條件下，BeO和碳酸鈉反應(yīng)生成鈹酸鈉和二氧化碳，BeO轉(zhuǎn)化為BeO₂^2-后將消耗更多硫酸．

解答 解：鈹?shù)V物（綠柱石-3BeO•Al₂O₃•6SiO₂及少量FeO等）和方解石熔煉，然后加入稀硫酸，SiO₂、Al₂O₃分別與CaCO₃反應(yīng)生成CaSiO₃、鋁酸鈣，BeO和熔融方解石反應(yīng)生成鈹酸鈣，F(xiàn)eO被氧化，然后加入稀硫酸溶解，浸出出液中含有BeSO₄、Al₂（SO₄）₃、Fe₂（SO₄）₃，向?yàn)V液中加入硫酸銨，硫酸鋁和硫酸銨反應(yīng)生成NH₄Al（SO₄）₂，通過離心沉淀得到NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，濾液中含有BeSO₄、（NH₄）₂SO₄、Fe₂（SO₄）₃，然后向溶液中加入氨水，調(diào)節(jié)溶液pH除去鐵離子，然后過濾得到氫氧化鐵沉淀，濾液中含有BeSO₄，再向溶液中加入氨水，得到Be（OH）₂沉淀，煅燒氫氧化鈹?shù)玫焦�業(yè)BeO，
（1）增大反應(yīng)物接觸面積，增大反應(yīng)速率，所以將熔煉物酸浸前通常要進(jìn)行粉碎，其目的是提高鈹元素的浸出速率和浸出率，故答案為：提高鈹元素的浸出速率和浸出率；
（2）“蒸發(fā)結(jié)晶離心除鋁”若在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，完整的操作過程蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、洗滌、過濾，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
（3）“中和除鐵”過程中“中和”實(shí)質(zhì)上是利用氨水和溶液中氫離子反應(yīng)，離子方程式為H⁺+NH₃•H₂O=NH₄⁺+H₂O；由于存在平衡Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，氨水中和H⁺，使c（H⁺）減小，上述平衡正向移動，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀而除去，
故答案為：H⁺+NH₃•H₂O=NH₄⁺+H₂O；由于存在平衡Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，氨水中和H⁺，使c（H⁺）減小，上述平衡正向移動，使Fe³⁺轉(zhuǎn)化為Fe（OH）₃沉淀而除去；
（4）高溫條件下，碳酸鈉和二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳，反應(yīng)方程式為SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑；高溫條件下，BeO和碳酸鈉反應(yīng)生成鈹酸鈉和二氧化碳，反應(yīng)方程式為BeO+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Na₂BeO₂+CO₂↑，由BeO+2H⁺=Be²⁺+H₂O和BeO₂^2-+4H⁺=Be²⁺+2H₂O可知，BeO轉(zhuǎn)化為BeO₂^2-后將消耗更多硫酸，
故答案為：SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑；BeO+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Na₂BeO₂+CO₂↑；由BeO+2H⁺=Be²⁺+H₂O和BeO₂^2-+4H⁺=Be²⁺+2H₂O可知，BeO轉(zhuǎn)化為BeO₂^2-后將消耗更多硫酸．

點(diǎn)評 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點(diǎn)，綜合性較強(qiáng)，涉及離子方程式及化學(xué)方程式的書寫、化學(xué)反應(yīng)速率影響因素、分離提純基本操作、鹽類水解等知識點(diǎn)，明確反應(yīng)原理及流程圖中每一步發(fā)生的反應(yīng)、采用的操作方法是解本題關(guān)鍵，題目難度中等．