Question

13．稀土元素是周期表中ⅢB族钪、钇和镧系元素之总称，金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素，它们的性质极为相似，常见化合价为+3价．其中钇（Y）元素是激光和超导的重要材料．我国蕴藏着丰富的含钇矿石（Y₂FeBe₂Si₂O₁₀），工业上通过如下生产流程可获得氧化钇．

已知：
①有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH见下表．

离子	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
Fe3+	2.7	3.7
Y3+	6.0	8.2

②Be（OH）₂+2NaOH═Na₂BeO₂+2H₂O
请回答下列问题：
（1）若改用氧化物的形式表示Y₂FeBe₂Si₂O₁₀组成，则化学式为Y₂O₃•FeO•2BeO•2SiO₂
（2）过滤Ⅲ所得滤液的溶质主要有NH₄Cl、（NH₄）₂C₂O₄（填化学式）
（3）①欲从过滤I所得混合溶液中制得Be（OH）₂沉淀，最好选用bd两种试剂，再通过必要的操作即可实现．
a．NaOH溶液　　　　　b．氨水　　　　c．CO₂　　　d．盐酸
②写出Na₂BeO₂与足量盐酸发生反应的离子方程式BeO₂^2-+4H⁺=Be²⁺+2H₂O．
（4）能否用氨水直接将溶液的pH调节至8.2，不能（填能或不能），（若不能，请说明理由）第一步用氨水是为了使Fe³⁺转化为沉淀而除去．
（5）写出沉淀转化步骤中沉淀转化的化学方程式2Y（OH）₃+3H₂C₂O₄═Y₂（C₂O₄）₃+6H₂O．

Answer 1

分析 钇矿石与氢氧化钠共熔，加水溶解后可生成Na₂SiO₃、Na₂BeO₂，以及Y（OH）₃和Fe₂O₃沉淀，过滤后加入盐酸溶解，在此基础上加入氨水，由表中数据可知首先生成Fe（OH）₃沉淀，加入草酸可生成Y₂（C₂O₄）₃，煅烧可生成Y₂O₃，
（1）依据元素化合价和原子守恒书写元素的氧化物组成；
（2）根据沉淀转化步骤可知过滤Ⅲ所得滤液的溶质；
（3）①周期表中，铍、铝元素处于第二周期和第三周期的对角线位置，化学性质相似，欲从Na₂SiO₃和Na₂BeO₂的混合溶液中制得Be（OH）₂沉淀，所以Na₂BeO₂的性质和NaAlO₂类比推断；加过量的盐酸，硅酸钠反应生成硅酸沉淀，Na₂BeO₂的反应生成氯化铍溶液，再加入过量氨水沉淀铍离子；
②Na₂BeO₂与足量盐酸反应生成氯化铍和氯化钠溶液；
（4）依据图表中的PH数据分析判断三价铁离子完全沉淀，钇离子不沉淀的溶液PH为3.7-6.0；继续加氨水调节pH=8.2是把钇离子全部沉淀的反应；
（5）根据Y₂（C₂O₄）₃比Y（OH）₃更难溶可写出沉淀转化的化学方程式．

解答 解：（1）钇矿石（Y₂FeBe₂Si₂O₁₀）的组成用氧化物的形式可表示为：Y₂O₃•FeO•2BeO•2SiO₂，故答案为：Y₂O₃•FeO•2BeO•2SiO₂；
（2）在过滤Ⅱ的滤液（含有YCl₃）里加氨水后又加草酸，故过滤Ⅲ所得滤液的溶质为NH₄Cl、（NH₄）₂C₂O₄，故答案为：NH₄Cl、（NH₄）₂C₂O₄；
（3）①周期表中，铍、铝元素处于第二周期和第三周期的对角线位置，化学性质相似，欲从Na₂SiO₃和Na₂BeO₂的混合溶液中制得Be（OH）₂沉淀，所以Na₂BeO₂的性质和NaAlO₂类比推断；加过量的盐酸，硅酸钠反应生成硅酸沉淀，Na₂BeO₂的反应生成氯化铍溶液，再加入过量氨水沉淀铍离子，故答案为：bd；
 ②Na₂BeO₂与足量盐酸发生反应生成氯化铍氯化钠和水，反应的离子方程式为：BeO₂^2-+4H⁺=Be²⁺+2H₂O，故答案为：BeO₂^2-+4H⁺=Be²⁺+2H₂O；
（4）三价铁离子开始沉淀到沉淀完全的PH范围为：2.7-3.7；钇离子开始沉淀和沉淀完全的PH为：6.0-8.2；所以使Fe³⁺沉淀完全，须用氨水调节pH为3.7至6.0；继续加氨水调节pH=8.2是把钇离子全部沉淀的反应，故答案为：不能，第一步用氨水是为了使Fe³⁺ 转化为沉淀而除去；
（5）加草酸将Y（OH）₃转化为Y₂（C₂O₄）₃的化学方程式：2Y（OH）₃+3H₂C₂O₄═Y₂（C₂O₄）₃+6H₂O，故答案为：2Y（OH）₃+3H₂C₂O₄═Y₂（C₂O₄）₃+6H₂O．

点评 本题考查了工艺流程图，为高频考点，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，注重试剂的选择，化学方程式的配平等，难度较大．