Question

6．钪及其化合物具有许多优良的性能，在宇航、电子、超导等方面有着广泛的应用．从钛白工业废酸（含钪、钛、铁、锰等离子）中提取氧化钪（Sc₂O₃）的一种流程如图：

回答下列问题：
（1）洗涤“油相”可除去大量的钛离子．洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合而成．混合的实验操作是将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入 H₂O₂中，并不断搅拌．
（2）先加入氨水调节pH=3，过滤，滤渣主要成分是Fe（OH）₃ ；再向滤液中加入氨水调节pH=6，滤液中 Sc³⁺的浓度为9.0×10^-7mol•L^-l．[25℃时，K_sp[Mn（OH）₂]=1.9×10^-13、K_sp[Fe（OH）₃]=2.6×10^-39，K_sp[Sc（OH）₃]=9.0×10^-31]
（3）用草酸“沉钪”．25℃时pH=2的草酸溶液中$\frac{c（{C}_{2}{O}_{4}^{2-}）}{c（{H}_{2}{C}_{2}{O}_{4}）}$=2.7×10^-2．写出“沉钪”得到草酸钪的离子方程式2Sc³⁺+3H₂C₂O₄=Sc₂（C₂O₄）₃↓+6H⁺．[25℃时，草酸电离平衡常数为K₁=5.0×10^-2，K₂=5.4×10^-5]
（4）草酸钪“灼烧”氧化的化学方程式为2Sc₂（C₂O₄）₃+3O₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Sc₂O₃+12CO₂．
（5）废酸中含钪量为15mg•L^-1，VL废酸最多可提取Sc₂O₃的质量为0.023V g．

Answer 1

分析 废液萃取，油相加入氢氧化钠反萃取，过滤得到滤渣加入盐酸溶解，加入氨水调节溶液PH，过滤得到滤渣加入盐酸酸溶，加入草酸沉淀钪生成草酸钪，灼烧得到氧化钪，
（1）浓硫酸密度大于水的密度，应把密度大的加入密度小的；
（2）先加入氨水调节pH=3，沉淀铁离子，结合溶度积常数计算；
（3）25℃时pH=2的草酸溶液中$\frac{c（{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}）}{c（{H}_{2}{C}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{c（{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}）}{c（{H}_{2}{C}_{2}{O}_{4}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$×$\frac{c（H{C}_{2}{{O}_{4}}^{-}）}{c（H{C}_{2}{O}_{{4}^{-}}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=Ka₁×Ka₂×$\frac{1}{{c}^{2}（{H}^{+}）}$；“沉钪”得到草酸钪沉淀和酸；
（4）草酸钪“灼烧”氧化是草酸钪和氧气反应生成氧化钪和二氧化碳；
（5）元素守恒计算分析．

解答 解：（1）洗涤“油相”可除去大量的钛离子．洗涤水是用93%的硫酸、27.5%的双氧水和水按一定比例混合而成．混合的实验操作是：将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入 H₂O₂中，并不断搅拌，
故答案为：将浓硫酸沿烧杯内壁慢慢注入水中，并用玻璃棒不断搅拌，冷却后再慢慢注入 H₂O₂中，并不断搅拌；
（2）先加入氨水调节pH=3，过滤，滤渣主要成分是：Fe（OH）₃，再向滤液中加入氨水调节pH=6，c（H⁺）=10-6mol/L，c（OH-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-6}}$mol/L=10^-8mol/L，滤液中 Sc³⁺的浓度=$\frac{Ksp（Sc（OH）_{3}）}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{9.0×1{0}^{-31}}{（1{0}^{-8}）^{3}}$=9.0×10^-7mol•L^-l，
故答案为：Fe（OH）₃； 9.0×10^-7mol•L^-l；
（3）25℃时pH=2的草酸溶液中$\frac{c（{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}）}{c（{H}_{2}{C}_{2}{O}_{4}）}$=$\frac{c（{C}_{2}{{O}_{4}}^{2-}）}{c（{H}_{2}{C}_{2}{O}_{4}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$×$\frac{c（H{C}_{2}{{O}_{4}}^{-}）}{c（H{C}_{2}{O}_{{4}^{-}}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=Ka₁×Ka₂×$\frac{1}{{c}^{2}（{H}^{+}）}$=$\frac{5.4×1{0}^{-5}×5.0×1{0}^{-2}}{（1{0}^{-2}）^{2}}$=2.7×10^-2，“沉钪”得到草酸钪的离子方程式为：2Sc³⁺+3H₂C₂O₄=Sc₂（C₂O₄）₃↓+6H⁺，
故答案为：2.7×10^-2；2Sc³⁺+3H₂C₂O₄=Sc₂（C₂O₄）₃↓+6H⁺；
（4）草酸钪“灼烧”氧化是草酸钪和氧气反应生成氧化钪和二氧化碳，反应的化学方程式为：2Sc₂（C₂O₄）₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Sc₂O₃+12CO₂，
故答案为：2Sc₂（C₂O₄）₃+3O₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Sc₂O₃+12CO₂；
（5）废酸中含钪量为15mg•L^-1，钪元素质量=15mg•L^-1×VL=15Vmg=0.015Vg，物质的量$\frac{0.015Vg}{50g/mol}$=0.0003Vmol，
VL废酸最多可提取Sc₂O₃的质量=0.0003Vmol×$\frac{1}{2}$×148g/mol=0.022V g，
故答案为：0.022V g．

点评 本题考查了物质分离提纯的过程分析判断、主要是离子性质、氧化还原反应产物判断、溶度积常数的计算等，掌握基础是解题关键，题目难度中等．