專題2.7鉞及其化合物

一、鎖的存在及物理性質(zhì)

元為㈤號—電子結(jié)構(gòu)

9.012182(312好化均k-1-mol1

1.?<IHellx2-,

陽3V12784.0電m率/uo?aii

湃而匕-------------29704<健度(Q氏)

K?子■體聯(lián)，cnP-mol1—<4.85、1S?電負(fù)使(PsuUnt)

900第一電扇傕1

元.名稱-------------

(238)第一“1子親和能IU-n?ol1

贖子序效-------------

核子凈&pm1'

典的中極pm一^

灰子半粒，pm

發(fā)現(xiàn)q代

鉞原子序數(shù)4,位于于第二周期HA族，是最輕的堿土金屬元素，有毒。被金屬為鋼灰色或灰白色，熔點(diǎn)1283C,

沸點(diǎn)257()℃,密度1.848g/cm3。天然鉞有三種同位素：：Be、：Be」：Be,:Be是鉞唯一穩(wěn)定的核素。皺在地殼

中含1：為0.001%，含皺礦石約有30多種，具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的主要有綠柱石(31^0田203?65。)、硅鉞石(21^06。)、

金綠寶石(BeOALCh)等幾種。1798年，法國化學(xué)家沃克蘭(VauquelinNiclasLouis,1763-1829)對綠柱石和

祖母綠進(jìn)行化學(xué)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)了鉞。但是，單質(zhì)被在三十年后的1828年由德國化學(xué)家維勒

(FriedrichWolcr,1800-1882)用金屬鉀還原熔融的氯化被而得到。鍍作為堿土金屬的第一個(gè)成員，屬于稀有輕

金屬，具有密度低，熔點(diǎn)高，彈性模量大，拉伸強(qiáng)度大，熱性能優(yōu)異，尺寸穩(wěn)定性好，中子吸收截面小，X射線

透射性好等諸多優(yōu)異的性能，是航天、航空、電子和核工業(yè)等領(lǐng)域穴可替代的材料，有“超級金屬”、“尖端金屬”、

“空間金屬”之稱。

在自然界中，以硅鍍石BuSizCMOH”和綠柱礦Be3AkSMCh8等礦物存在。綠柱石由于含有少量雜質(zhì)而示出

不同的顏色。如含2%的Cr3+離子呈綠色。亮藍(lán)綠色的綠柱石稱為海藍(lán)寶石，深綠色的綠柱石稱為祖母綠。

二、化學(xué)性質(zhì)

(1)被的被化學(xué)性質(zhì)活潑，具有活潑金屬通性，容易被氧化劑氧化，常見化合價(jià)為+2價(jià)。

被表面易形成氧化層，減小了金屬本身的活性。根據(jù)對角線規(guī)則，Be與A1的性質(zhì)相似，這一點(diǎn)與Li和Mg

的相似性原理相同。鍍相同是典型的兩性金屬。

(2)還原性：它與02，N2,S反應(yīng)，生成BeO,BeaNz和BeS。它與碳反應(yīng)生成Be2c碳化物〔與Al4c3同類，

類似的還有BeCL和AICL均為共價(jià)化合物，易升華，易溶F有機(jī)溶劑)，而其他堿土金屬的碳化物都是MC2型。

2Be+O2=2BcO>3Be十N2:BesN?，Be+SBcS

(3)類比學(xué)習(xí)Be與Al的性質(zhì)的相似性

①二者均不僅能溶于酸溶液，也能溶于堿溶液，放出H2O但鈦、鋁與冷的濃硝酸接觸，發(fā)生“鈍化”現(xiàn)象。

Be+2NaOH+2H2O=Na2[Be(0H)4]+H2T或Be+2NaOH=Na2BeO2+H2T；

2Al+2NaOH+6H2O=2Na[AI(OH)4]+3H2T或2Al+2NaOH+2H20=2NaA102+3H2fo

②二者的氫氧化物均為兩性氫氧化物，易溶于強(qiáng)堿溶液。

Be(OH)2+2NaOH=Na2[Be(OH)4]BKBe(OH)2+2NaOH=Na-BeO2+2H2O；

Al(OH)3+NaOH=NalAl(OH)4)WcAl(OH)3+NaOH=NaAlO24-2H2Oo

③被、鋁的鹽都易水解。如BeS+2H2ch~^Bc(OH)2+H2S,而Al2s3也有相同的性質(zhì)

(4)制備

①還原BeF2,用此法制備存在許多困難，該反應(yīng)強(qiáng)烈放熱甚至?xí)?dǎo)致爆炸。且最終體系內(nèi)物質(zhì)沸點(diǎn)結(jié)晶,

導(dǎo)致Be與MgF2分離比較困難。BeF2+Mg=MgF24-Be

②電解熔融鹽八由于熔融的鍍整幾乎不導(dǎo)電或?qū)щ娦院苋?必須加離子型的鹽.如電解NaCI—ReCb或者

LiQ—KCl-BeCb熔鹽。用銀坨煙作電解槽及陰極，陽極是石墨棒。

【精準(zhǔn)練習(xí)】

【習(xí)題I】第HA的被在一定條件下可形成化合物NazBeCh。卜列有關(guān)被及其化合物的敘述正確的是()

A.氧化鉞不能溶于鹽酸；B,氫氧化被易溶于水

C.單質(zhì)鍍可溶于氫氧化鈉溶液生成氫氣；D.NazBeCh溶液呈酸性。

【答案】C

【解析】A.在一定條件下能形成化合物NazBcOz，說明被和鋁相似，因此氧化被是兩性氧化物，既能跟強(qiáng)

酸反應(yīng)又能跟強(qiáng)堿反應(yīng)，故A錯(cuò)誤；B.在一定條件下能形成化合物NazBeCh,說明被和鋁相似，因此氫氧化鍍

不易溶于水，故B錯(cuò)誤：C.在一定條件下能形成化合物NazBeQ,說明鍍和鋁相似，既能跟強(qiáng)酸反應(yīng)又能跟

強(qiáng)堿反應(yīng)生成氫氣，故C正確；D.NazBcCh溶液是強(qiáng)堿弱酸鹽的溶液，故溶液呈堿性，故D錯(cuò)誤；答案選C。

【習(xí)題2】鋁、被(Be)及其化合物具有相似的化學(xué)性質(zhì)，如其氯化物分子內(nèi)鍵型相同，故其氮化物晶體的熔

點(diǎn)都較低。已知反應(yīng)：Be02+Na2BeO2+2H2O=2NaCl+2Be(OH)2l能完全進(jìn)行，則下列推斷正確的是

A.NazBeO?溶液的pH>7,將其蒸干并灼燒后得到的殘留物為BeO

B.BeCb溶液的pH<7,將其蒸干并灼燒后得到的殘留物可能是BeO

C.Be(OH”即能溶于鹽酸，又能溶于NaOH溶液

D.ReCb水溶液的導(dǎo)電性強(qiáng)，故ReCL是離子化合物

【答案】BC

【解析】A.NazBeCh溶液水解呈堿性，溶液的pH>7,將其蒸干，水解得到的氫氧化鈉又與Be(OH)2反

應(yīng)得到NazBeCh,灼燒后可得殘留物Na^BeCh,故A錯(cuò)誤：B.BeCL為強(qiáng)酸弱堿鹽，水解呈酸性，溶液的pHV

7,將其蒸干，HC1揮發(fā)，水解徹底，得至UBe(OH)2,灼燒后可用殘留物BeO,故B正確：C.Be(OH)2性

質(zhì)類似于氫氧化鋁，具有兩性，則既能溶了鹽酸，又能溶了NaOH溶液，故C正確；D.根據(jù)化合物在熔融狀態(tài)

下能否導(dǎo)電來判斷其是否是離子化合物，共價(jià)化合物在水溶液中也可以導(dǎo)電，BeCL水溶液導(dǎo)電性強(qiáng)，不能說明

BeCb是離子化合物，故D錯(cuò)誤。故選BC。

【刀題3】鍍銅是力學(xué)、化學(xué)綜合性能良好的合金，廣泛應(yīng)用于制造高級彈性兀件。以卜是從某廢舊鍍銅兀

件(含BeO25%、CuS71%,少量FeS和SiO?)中回收被和銅兩種金屬的流程。

~~A固體

遼室HC1

謔袤A。

反應(yīng)I

」溶液CABeCl,固體

彼洞NaOH考豉

元件~而一

溶液DW±

1-濾渣B理警

-A固體

已知：I.鍍、鋁元素處于周期表中的對角線位置，化學(xué)性質(zhì)相似。

(1)氫氧化皺的電離方程式為1>

(2)濾液A的主要成分除NaOH外，還有(填化學(xué)式)，寫出反應(yīng)I中含鉞化合物與

過量鹽酸反應(yīng)的離子方程o

(3)①溶液C中含Na。、BeCL和少量HQ,為提純BeCL,選擇合理步驟并排序。

a.加入過量的NaOHb.逍入過量的CO2c.加入過量的氨水

d.加入適量的HC1e.過濾f.洗滌

②從BeCl2溶液中得到BeCh固體的操作是_________________。

(4)①M(fèi)nCh能將金屬硫化物中的硫元素氧化為單質(zhì)硫，寫出反應(yīng)H中CuS發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。

②若用濃HNO3溶解金屬硫化物，缺點(diǎn)是___________________________________(任寫一條)。

（5）取鍍銅元件1000g,最終獲得Be的質(zhì)量為81g,則產(chǎn)率是______________。

2>2+

【答案】（1）2H++BeCh20Be（OH）a=Re2++2OH'（2）Na2SiO；.NazBeO?BeO2+4H=Be+2H2O

（3）①cefd②在氯化氫的氣流中蒸發(fā)結(jié)晶（4）①M(fèi)nO2+CuS+2H2sO4=S+MnSO4+CuSO4+2H2O②產(chǎn)

生污染環(huán)境的氣體（5）90%

【解析】（1）氫氧化鍍具有兩性，可電離出OH,也可以電離出H+,則其電離方程式為2H++BeO22yBe（OH）2

—B/++2OH-；（2）分析可知，濾液A的主要成分除NaOH外，還有：Na2SiO3.Na2BeO2,反應(yīng)I中含鍍化合

2+2+

物與過量鹽酸反應(yīng)的離子方程式為：BeO2+4H=Be+2H2O；（3）①溶液C中含NaCl、BeCL和少量HC1,為

提純BeCb,選擇最合理步驟順序?yàn)椋杭尤脒^量的氨水過濾，洗滌加入適量的HCL順序?yàn)椋篶efd,故答案為：

ccfd；②從BcCb溶液中得到BeCb固體時(shí)為了抑制Be?+離子的水解，需要在HC1氣氛中對BeCL溶液蒸發(fā)結(jié)晶；

（4）①M(fèi)nCh能將金屬硫化物中的硫元素氧化為硫單質(zhì)，反應(yīng)II中CuS發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

MnO2+CuS+2H2SO4=S+MnSO4+CuS04+2H2O;②濃硝酸具有氧化性做氧化劑被還原為二氧化氮、NO2氣體有毒

污染環(huán)境；（5）混合物中BeO質(zhì)量=1000x25%=250g,理論上得到Be的物質(zhì)的量二二=/?二10mol,實(shí)際得

25g/mol

81a9mol

至|JBe物質(zhì)的量二三，廣9mol,產(chǎn)率=------x!00%=90%o

9g/mollOmol

【習(xí)題4】被作為一種新興材料Fl益被重視，有“超級金屬…尖端金屬…空間金屬”之稱。工業(yè).上常用綠柱石

（主要成分3BcO.AbO3?6SiO2,還含有鐵等雜質(zhì)）冶煉被，一種簡化的工藝流程如下：

際一①熔煤一W1②粉碎「1灌渣rr^rri

I綠柱石I石灰對幽H.O.盆|③町

按元素周期表的對角線規(guī)則，Be和A1性質(zhì)相似；幾種金屬陽離子的氫氧化物沉淀時(shí)的pH如表。問答下列

問題：

F/Al"Be"

開始沉淀時(shí)1.5336.55.2

沉淀完全時(shí)3.75.09.78.8

（1）步驟②中將熔塊粉碎的目的是;濾渣I的主要成分是o

（2）步驟③加入H2O2時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為,從濾液1中得到

沉淀的合理pH為（填序號）。

A.3.3-3.7B.3.7—5.0C.5.0?5.2D.5.2—6.5

（3）步驟④不宜使用NaOH溶液來沉淀Be2+的原因是。從溶液中得到（NH^BeF’的實(shí)驗(yàn)操

作是_______、過濾、洗滌、干燥。

（4）步驟⑥的反應(yīng)類型是,步驟⑦需要隔絕空氣的環(huán)境，其原因是。

（5）若綠柱石中Be（）的含量為a%,上述過程生產(chǎn)Be的產(chǎn)率為b%,則It該綠柱石理論上能生產(chǎn)含鉞量2%

的鍍銅合金J

2+3

【答案】（1）增大與硫酸的接觸面枳，提高反應(yīng)速率H2SiO3（2）2Fe4-H2O2+2H^=2Fe*+2H2O

C（3）過量的NaOH溶液會(huì)溶解Be（OH）2（或不易確保Be?+沉淀完全）蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶（4）

分解反應(yīng)高溫下空氣中的氮?dú)?、氧氣都可與鎂或被反應(yīng)，從而降低產(chǎn)率（5）1.8xl0%b（或?qū)Γ?/p>

zXznX111（1

【解析】（1）將熔塊粉碎能增大與硫酸的接觸面積，提高酸浸時(shí)的反應(yīng)速率；SiO2與石灰石高溫下反應(yīng)生

成硅酸鈣，硅酸鈣在用硫酸進(jìn)行酸浸時(shí)生成HzSiCh沉淀。（2）步驟③中加入比。2的目的是把F*氧化為FP+,

2++3+

便于鐵雜質(zhì)的除去，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：2Fe+H2O2+2H==2Fe+2H2O；從濾液1中得到的沉淀為Fe

（OH）3、Al（OH）3,調(diào)節(jié)PH既要Fe3+和A伊沉淀完全又不能使Be?+沉淀，根據(jù)幾種金屬陽離子的氫氧化物

沉淀時(shí)的pH表可知，合理pH為5.0?5.2。（3）Be和A1性質(zhì)相以，用NaOH溶液來沉淀Be2+會(huì)導(dǎo)致Bc（OH）2

被溶解，不宜使用NaOH溶液來沉淀Be?+；對溶液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥，可以得到（NH4）?BeF4

固體。（4）步驟⑥中（NH4）2BeF4通過分解反應(yīng)生成BeFz；步驟⑦中，空氣中含有氮?dú)夂脱鯕?，氮?dú)夂脱鯕舛寄?/p>

Ixa%

與鎂或鉞發(fā)牛反應(yīng)，降低Be的產(chǎn)率。(5)根據(jù)相知條件可得鉞銅合金的質(zhì)曷=三1°=1.8xlO%b(或

2%

99

)噸。

inn

【習(xí)題5】著名化學(xué)家徐光憲在稀土領(lǐng)域貢獻(xiàn)突出，被譽(yù)為“稀土界的袁隆平工鈕是稀土元素之一，我國蘊(yùn)

藏著豐富的鈕礦石(YzFeBezSizOio),工業(yè)上通過如下工藝流程制取氧化鈕，并獲得副產(chǎn)物鍍。

一渣H

NaOII過量鹽酸

|共熔水溶解|尹忠過濾應(yīng)D裝恒畫Be

t>H=a濾清HI

憶礦石

過海U國產(chǎn)鱉嗎國祥XQ粉末

過濾?

稀鹽酸溶解

已知：i.包(Y)的常見化合價(jià)為+3價(jià)；

ii.鍍和鋁處于元素周期表的對角線位置，化學(xué)性質(zhì)相似；

iii.Fe3\丫3+形成氫氧化物沉淀時(shí)的pH如下表：

離子開始沉淀時(shí)的pH完全沉淀時(shí)的pH

Fe升2.13.1

丫3+6.08.3

(1)將鋁礦石與NaOH共熔的反應(yīng)方程式補(bǔ)充完整：

Y2FeBe2Si2Oio+NaOH+嬖Y(OH)3+Fe2O3+Na2SiO3+

____NazBeO?+H2O

(2)濾渣H的主要成分是。

(3)試劑A可以是o

A.NaOH溶液B.氨水C.CO2D.CaO

(4)用氨水調(diào)節(jié)pH=a時(shí)，a的取值范圍是_____________________。

(5)計(jì)算常溫下Y3++3H2O=Y(OH)3+3H+的平衡常數(shù)K=。(常溫下Kp[Y(OH)3]=8.0x10^)

(6)濾液HI加入氨水產(chǎn)生沉淀的離子方程式為o

(7)從BeCL溶液中得到BeCL固體的操作是_________________________。

(8)常見的由BeCL固體生產(chǎn)Be的工業(yè)方法有兩種：①電解法：電解NaQ-BeCL混合熔融鹽制備Be；②

熱還原法：熔融條件下，鉀還原BeCL制備Be。以上兩種方法你認(rèn)為哪種更好并請說明理由。

【答案】(1)432O>82884(2)HfiCh或HsSiCU(3)B(4)

3.1%<6.0(或其他合理答案)(5)1.25x10-2。(6)Y3++3NH3.H2O=Y(OH)31+3NH4+(7)蒸發(fā)結(jié)

晶時(shí)，向溶液中持續(xù)通入HC1氣體(或在HC1氣流中加熱蒸干)(8)電解法好，同時(shí)能得到工業(yè)原料Ch

(熱還原法好，操作簡單，不產(chǎn)生有毒氣體，或其它合理答案)

【解析】憶礦石與NaOH共熔生成Y(OH)3、FezCh、Na2SiOj和Na2BeO2，“水溶”后Na2SiO3和Na2BeO2

溶于水成為濾液I的主要溶質(zhì)，Y(OH)3、FezCh不溶，則過濾得到濾渣I的成分為Y(OH)3、Fc2O3；向?yàn)V液I加

入過量鹽酸，NazSiO.a與鹽酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硅酸沉淀，NazBeO?具有與偏鋁酸鈉相似的性質(zhì)，則與過量鹽酸反應(yīng)后

轉(zhuǎn)化為BeC"因此濾渣II為H2SG或HjSiCh,濾液H為BcCL、NaCl和過量的HCL再加入過量氨水，分離

Be元素，會(huì)生成Be(OH)2沉淀，再加過量鹽酸，得到純凈的Be。?最后獲得副產(chǎn)物Be；另一方面，濾渣I經(jīng)過

稀鹽酸溶解后得到Y(jié)Cb和FeCh,滴加氨水條件pH,便于分離沉淀Fe元素，得到的濾液中YCh經(jīng)氨水調(diào)節(jié)適

當(dāng)pH沉淀得到Y(jié)(OH)3，最終高溫得到Y(jié)2O3。(D鈕礦石YzFeBezSizOio中，Y顯+3價(jià)，Be顯+2價(jià)，Si顯+4

價(jià)，則根據(jù)化合物的各元素化合價(jià)代數(shù)和為?？芍?，F(xiàn)e的化合價(jià)為+2價(jià)，與NaOH共熔時(shí)需要氧氣的參與將Fe

元素轉(zhuǎn)化為Fez。,，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒規(guī)律結(jié)合已知的產(chǎn)物可得.其化學(xué)方程式為：

4Y2FeBe2Si2OI0+32NaOH+02魁8Y(OH)3+2Fe2O5+8Na2SiO3+8Na2BeO2+4H2O；(2)濾渣II的主要成分

為H2SQ3或HjSiCh；(3)加入試劑A的目的是為了沉淀BC(OH)2,根據(jù)已知ii可知，需要加入弱堿，B項(xiàng)正

確，故選B；(4)用氨水調(diào)節(jié)pH=a,目的是為了沉淀Fe",便于與Y，+分離，根據(jù)已知給出的Fe3+、丫3+形成氫

氧化物沉淀時(shí)的pH表數(shù)據(jù)可以看出，pH的范圍為：3.1q<6。(或其他合理答案)：(5)該反應(yīng)的平衡常數(shù)

,二：1二叱”，入口、產(chǎn)二=1.25x10-2。；(6)濾液IH中Y3+加入氨水會(huì)生成

Y(OH)3,其離子方程式為：Y3++3NH3-H2O=Y(OH)31+3NHJ；(7)BeCL類似于氯化鋁溶液，蒸干時(shí)可能會(huì)發(fā)生

水解，因此要想得到BeCL固體，蒸發(fā)結(jié)晶時(shí)，向溶液中持續(xù)通入HC1氣體(或在HC1氣流中加熱蒸干)；(8)

電解法好，同時(shí)能得到工業(yè)原料Cb(或熱還原法好，操作簡單，不產(chǎn)生有毒氣體，或其它合理答案)。

【習(xí)題6】彼作為一種新興材料日益被重視，是原子能、火箭、導(dǎo)彈、航空以及冶金工業(yè)中不可缺少的寶貴

材料。被及其化合物大多具有毒性。如圖是以一種已經(jīng)預(yù)處理后的含鍍礦綠柱石(主要含有BcO,A13O3,SiO2,

FezOj和FeO等)為原料制取單質(zhì)鍍的工藝流程：

預(yù)處理后

Be(OH)

的綠柱石2

濾渣1結(jié)晶

真空

BeBeF分解(NIL\Be*

900七

Mg

己知：i.鍍和鋁的化學(xué)性質(zhì)相似；ii.氯化被在融熔態(tài)時(shí)較難電離；iii.Be(OH)2在PH>10時(shí)會(huì)溶解；

38

iV.Ksp[Fe(OH)3]=1.0x104

(1)濾渣]的主要成分是___________________________O

(2)在“除鋁”過程中鋁會(huì)以鋁錢磯KNH4)A1(SO4)2-12H2O]的形式析出，則此過程中生成鋁筱磯的化學(xué)方程

式為o

(3)“除鐵”過程要求不引入新的雜質(zhì)，其操作應(yīng)為

(4)在“沉被”過程中，若改為加入過最的NaOH溶液，則鍍的存在形式是.(填離子符號)。

(5)在“分解”過程中產(chǎn)生的NMF煙氣會(huì)發(fā)生反應(yīng)：2NH4F=NH4HF2+NH5,可用NH4HF2代替HF用

于雕刻玻璃，反應(yīng)過程中有NH4F生成，請寫出此反應(yīng)的化學(xué)方程式：。

(6)工藝中采用氟化鍍鎂熱還原法制取被需要真空環(huán)境的原因是。氯化被熔鹽電解

法也可以制取被，但是在電解過程中需要加入等量的NaCl,加入NaCl的作用是。

(7)鍍銅因具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐腐蝕性、耐熱沖擊性以及無磁性、無火花等特性而成為最為廣

泛使月的一種皺合金。若綠柱石中BeO的含量為a%,上述工藝流程中Be的產(chǎn)率為b%,則h綠柱石理論上

可以芻產(chǎn)含2%Be的鍍銅合金_____________to

(8)工藝流程中產(chǎn)生的含有Be”的廢水可以用石灰中和——生物凈化法進(jìn)行凈化。不同的pH值和溫度下，

石灰中和——生物凈化法凈化后溶液中的彼的濃度如圖所示，則為了減少污染，最應(yīng)選用的pH范圍和溫度分別

是___________________________(填序號)。

((

口70u

?

60?

3g

5050

//

4040

(G

3030

青H

20

)T20

01010

0-

135791120-25303540

PH0/V.

廢水的pH值對凈化被的影響溫度對凈化被的影響

A.9~11,30℃B.7~10,30℃C.8-11.35℃

【答案】(1)SiO2(2)(NH4)2SO4+A12(SO4)3+24H2O=2l(NH4)Al(SO4)2-12H2OJ(3)在濾液中加入

2

適量H2O2,再加適量氨水調(diào)整的pHN3(4)BCO2-(5)SiO2+4NH4HF2=SiEiT+4NHF+2H2O(6)

防止Be和Mg被氧化增強(qiáng)熔融鹽的導(dǎo)電性(7)1.8xlO%b(8)B

【解析】用稀硫酸溶解含被礦綠柱石，其中BcO、AI2O3、FeQs和FeO均能溶于酸，而SiOz不溶于酸且不

溶于水，經(jīng)過濾,濾渣I為SiCh,而濾液中主要含有Be2+、Al3\Fe3\溶2+及過量的酸,濾液中加入(NHSSOj

有鋁錢帆［(NH4)AI(SO4)M2H2O卜析出“經(jīng)過過濾除去，達(dá)到除鋁的目的，繼續(xù)向所得濾液中加入加入適量H92

氧化Fe?+,再加適量氨水調(diào)整的pH：使溶液中F03+完全轉(zhuǎn)化為Fe<OH)3沉淀，再過濾除去，達(dá)到除鐵的目的，

再向?yàn)V液中加入氨水、HF,得到(NHSBeFs高溫分解得到BeF2,加入鎂在高溫下反應(yīng)生成Be,以此解答該題。

(I)由分析知，濾渣I的主要成分是SiCh；

(2)向含AI*的濾液中加入(NHQ2SO4有鋁筱叫(NH4)A1(SOJ)2」2H2O］析出，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

(NH4)2SO4+Ah(SO4)3+24H2O=2［(NH4)Al(SO4)212H2O］；

(3)已知Ksp［Fe(OH)31=1.0x10*,當(dāng)c(Fe3+)=lxlO-5mol/L時(shí)，c(OH)=mol/L=IxlOllmol/L,

此時(shí)溶液pH=3：則“除鐵”過程要求先氧化Fe2+,再調(diào)節(jié)溶液pH23,使Fe3?完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀，在不引入

新的雜質(zhì)的前提下，正確操作應(yīng)為向?yàn)V液中加入適量H2O2,再加適量氨水調(diào)整的pH三；

(4)Be(OH)2能溶于NaOH溶液，則“沉鉞”過程中，若加入過量的NaOH溶液，Be(OH)2會(huì)溶于NaOH生

2

成NaBeO2,即被的存在形式是BeO2-；

(5)用NH4HF2代替HF用于雕刻玻璃，即SiCh能與NH4HF2反應(yīng)生成SiF4和NH.F,發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方

程式為SiO?+4NH4HF2=SiF4T+4NMF+2H2。；

(6)Be和Mg易在空氣中被氧氣氧化，則采用氟化鍍鎂熱還原法制取鍍需要真空環(huán)境，達(dá)到防止Be和Mg

被氧化的Fl的：氯化鍍在融熔態(tài)時(shí)較難電離，在電解過程中需要加入等量的NaCI,可增強(qiáng)熔融處的導(dǎo)電性；

(7)根據(jù)原子守恒，依據(jù)已知條件It該綠柱石理論上能生產(chǎn)含鍍量2%的鍍銅臺(tái)金

25g/mol=1.8x103abg=1.8x10'3abt；

2%

(8)當(dāng)溶液pH在7~10左右、溫度30℃時(shí)溶液中c(Be)最低，即凈化效果最好，故答案為B。

【習(xí)題7】鍍是原子能、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

含氨鍍礦(主要成分為BeO、CaF2、AI2O3、Fe2O3>SiO?及少量的硫酸鹽)為原料，生產(chǎn)工業(yè)氧化鉞的一種工藝

流程如圖：

—*Be(OHh—>BeO

95

已知：①25℃,KsP(CaCO3)=8.7xl0-；Ksp(CaSO4)=2.5xl0-；

②Be(0H)2與A1(OH)3性質(zhì)相似。

回答下列問題：

(I)“熔煉”的溫度為1600℃,其中約20%的AI2O3反應(yīng)生成煙氣(主要成分為Ag),該反應(yīng)的化學(xué)方程式

為o

(2)浸渣的主要成分為CaSO』、o

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

(4)“沉鉞”后將濾渣加入足量氫氧化鈉溶液提高pH進(jìn)行“除鐵”,鍍元素參與反應(yīng)的離子方程式為

然后加適量水稀釋進(jìn)行“水解”，目的是o

(5)若為高氟鉞礦，需在“沉鉞''前進(jìn)行“除疑”。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=

100

34pH5839095tt：100

pH與雜志離子的沉淀率，BeO損失率的關(guān)系溫度對離子沉淀率的影響

(6)氧化鉞粗產(chǎn)品含有一定量狗硫酸鹽會(huì)影響被的后續(xù)冶煉，可用碳酸鹽脫除，發(fā)生反應(yīng)：

CaSO4(s)+Na2CO3(aq)=CaCO3(s)+Na2SO4(aq)o通過計(jì)算反應(yīng)的K值說明用碳酸鈉脫硫酸根反應(yīng)的程度大小:

a

【答案】(1)AbO3+3CaF21600C2A1F3T+3CaO(2)SiO2(3)Fe(OH)3Be(OH)2A1(OH)3

22

BC(OH)2+2OH-=BCO2+H2OBe(OH)2+2OH-BC(OH)4-(4)稀釋使溶液的堿性變?nèi)?，BcO/水解，分離除

去沉淀中的鋁元素(5)495(6)K===2.9x103,K值很大，說明轉(zhuǎn)化反應(yīng)

c(COf)K卬!CaCOJ

程度很大

【解析】含氟鍍礦(主要成分為BeO、CaF?、AbOa、Fe.Os.SiCh及少量的硫酸鹽)經(jīng)過熔煉，發(fā)生反應(yīng)

Al2Q^3CaF21600V2AIF44-3CaO,“熔煉”后的主要成分BeO、CaF2.AI2O3、FezCh、SiCh、CaO與硫酸反應(yīng)，

因S1O2與硫酸不反應(yīng)，而CaS5微溶于水，貝r酸浸''除去二氧化硅等，',酸浸”后濾液中的離子主要為H+、氏3+、

Be2\AltSO42?等,“沉鉞”后Fe3\Be2\A四轉(zhuǎn)化為沉淀Fe(OH)3、Be(OH)2、A1(OH)3,加入氫氧化鈉后Be(OH)2、

A1(OH)3溶解生成BeO2,A1O2-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孊eCV水解轉(zhuǎn)化為

Be(OH)2水解得到氫氧化鍍。

(1)根據(jù)元素守恒分析，AI2O3轉(zhuǎn)化為煙氣AIF3,應(yīng)為AK>3與CaFa發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)：Al20j+3CaF2I600V

2AlF3t+3CaOo

(2)“熔煉”后適當(dāng)冷卻加入硫酸進(jìn)行“酸浸”，主要是含氟鍍，中各種氧化物BeO、CaF2、AI2O3、Fe2O^

SiO2、CaO與硫酸反應(yīng)，因SiO2與硫酸不反應(yīng)，而CaSCh微溶于水，故浸渣的主要成分為CaSO」、SiCh。

(3)酸浸后濾液中的離子主要為H+、Fe3\BC2\AP\SCI?一等，加入氨水中和酸浸液，pH調(diào)至8~9時(shí),

32

Fe\Be\A四轉(zhuǎn)化為沉淀Fe(OH)3、Be(OH”、Al(OH)3o

(4)“沉被”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)，Bc(OH)2.

Al(OH)?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Re(OH)2+2O6=BeQ，+H2Q、

A1(OH)3+OH-=AIO2+2H2O,將Fe(0H)3分離，溶液中陰離子主要是BeCh〉、AIO2,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,故說明流程中加適量的水是稀釋使溶液的堿性變?nèi)?，?/p>

BeCh??水解轉(zhuǎn)化為Be(OH)2,分離除去沉淀中的鋁元素。

(5)若為高氟鉞礦則“酸浸”后溶液中含有大量的氟離子，敘離子濃度偏大會(huì)與Be?+形成配合物溶于水而增

加了鉞的損失率，因此需在“沉鍍”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)，被的損

失率增大，故實(shí)驗(yàn)條件為pH=4,由圖2看出溫度在95c后雜質(zhì)離子的除去率高，故水浴加熱溫度為95℃。

c(SOj)K￡CaSO4)

(6)反應(yīng)：CaSC)4(s)十Na2cC)3(aq)二CHCC)3(S)十Na2so4(aq)的K-=2.9x10\因?yàn)镵

2

c(CO3)Ksp(CaCOJ

值很大,說明CaSO4(s)+Na2cC)3(aq)=CaCO3(s)+Na2so4(aq)反應(yīng)程度很大。

二、硼及其化合物

L單質(zhì)硼的性質(zhì)

無定形和粉末狀硼比較活潑，而晶態(tài)硼惰性較大。

(1)與牛金屬作用

無定形硼在室溫下與F2反應(yīng)得到BF3,加熱時(shí)也能與02、。2、Bn、S和N2反應(yīng)，分別得到BC13、BBn、B2s3

和BN(在1473K以上)。它不與凡作用。

2B+3F2^=2BF34B+3O2JZ2L2B2O3

(2)與酸的作用

它不與鹽酸作用，僅被氧化性酸，如濃HNCh、濃H2s04和王水所氧化：

B+3HNO3^=HaBO3+3NO2T

2B+3H2so4^=2H3BO3+3SO2T

(3)與強(qiáng)堿作用

無定形硼與NaOH有類似硅那樣的反應(yīng)；有強(qiáng)氧化劑存在時(shí)與強(qiáng)堿共熔可得偏硼酸鹽：

2B+6NaOH^3.2Na3BO3+3H2T

2B+2NaOH+3KN0宙融2NaBCh+3KNO2+H2O

(4)赤熱下，與水蒸氣反應(yīng)，2B+6HQ(g)=A=B(OH)3+3H2。

(5)高溫下同金屬反應(yīng)生成金屬硼化物。

2.工業(yè)制取硼及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系

(I)轉(zhuǎn)化關(guān)系

麒礦?r醐②相酸

(2Mg0?103)|—>限以6(0肋?8用()|->(%瞼)

偏潮口聊CaBO?)―魁—

(2)相應(yīng)步驟涉及的反應(yīng)

①硼鎂礦與燒堿溶液反應(yīng)生成可溶于水的偏硼酸鈉(NaBCh)和Mg(OH)2：2MgOB2O3+2NaOH+

H2O===2NaBO2+2Mg(OH)

向偏硼酸鈉溶液中通入CO2使NaBO?轉(zhuǎn)化成硼砂：4NaBO2+CO2+10H2O===Na2B4O5(OH)9氏。十Na2cO3

②將硼砂與硫酸反應(yīng)，得到硼酸：NazBOs(OH)4-8H2O+H2SO4===4H3BO3+Na2SO4+5H2O

③硼酸加熱分解得到氧化硼：2H3BO3B2O3+3H2O

④用鐵或鋁還原B=O3制得硼：B2O3+3Mg3MgO+2B

⑤硼和NaOH溶液反應(yīng)生成NaBO2(或Na[B(OH)4])和%：2B+2NaOH+2H2O===2NaBO：+3H2T或2B+

2NaOH+6H2O===2Na[B(OH)4]+3H2f

另外，用硫酸和硼鎂礦一步制得硼酸：Mg2B2O*5H2O+2H2sO4=A=2MgSCh+2H3BO3

3.氧化硼

B2O3的熔點(diǎn)為72OK,沸點(diǎn)為2523K；易溶于水，形成硼酸：B;O3+3H2O^=2H3BO3

但遇熱的水蒸氣可生成易揮發(fā)的偏硼酸：B2O3+H2O(g)=2HBO2(g)

4.硼酸

(1)硼酸H3BO3為白色片狀晶體，微溶于水，在熱水中溶解度明顯增大。

(2)H3BO3是一元弱酸，HaBO3+H2O?=H++[B(OH)4「。

(3)與堿反應(yīng)：

在堿性較弱的條件下則得到四硼酸鹽：4H3BO3+2NaOH=Na2B4O7+7H2O

堿過量時(shí)，Na皿。?轉(zhuǎn)化為偏硼酸鈉：NaBO2,NazBQ,+ZNaOHMNaBCh+HzO

注意：與堿反應(yīng)而得不到單個(gè)BO./一離子的鹽。但反過來，在任何一種硼酸鹽的溶液中加酸時(shí)，總是得到硼酸，

因?yàn)榕鹚岬娜芙舛容^小，它容易從溶液中析出。

(4)H3BO3受熱時(shí)會(huì)逐漸脫水，首先生成偏硼酸(HBO2)，繼續(xù)升溫可進(jìn)一步脫水生成四硼酸(H2BQ7),更高溫

度時(shí)則轉(zhuǎn)變?yōu)榕鹚岬乃狒?B2O3)。

5.乙硼烷

乙硼烷B2H6受熱容易分解,它的熱分解產(chǎn)物很復(fù)雜,有B4H10、B5H9、B5Hli和B10H14等,控制不同條件，可得

到不同的主產(chǎn)物。如：2B2H6JS5=B4HIO+H2

遇水立即發(fā)生水解：B2H6+6H2O^=2H3BO3l+6H2T

乙硼燒制取萬能還原劑：B2H6+2NaH^=2NaBH4

二、高考回放

1.[2019新課標(biāo)I]硼酸(H3BO3)是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于玻璃、醫(yī)藥、肥料等工藝。一種以硼鎂

礦(含MgBOsHO、SQ及少量FezCh、AI2O3)為原料生產(chǎn)硼酸及輕質(zhì)氧化鎂的工藝流程如下：

(NHJSO,溶液濾液1

調(diào)pH=3.5-----1

硼鎂礦粉-一溶浸過濾I------?Hj叫

Mg(Ollh-Mx(：O、一輕質(zhì)氧化鎂

\凡11(：0,溶液母液

回答下列問題:

(1)在95℃“溶浸”硼鎂礦粉，產(chǎn)生的氣體在“吸收”中反應(yīng)的化學(xué)方程式為.

(2)“濾渣1”的主要成分有。為檢驗(yàn)“過濾1”后的濾液中是否含有Fe3+離子，可選用的化學(xué)試劑是

(3)根據(jù)H3BO3的解離反應(yīng)：HRBO3+H2O=0H++B(OH)-4,Ka=5.81xl0必可判斷H3BO3是酸；

在“過濾2”前，將溶液pH調(diào)節(jié)至3.5,目的是o

(4)在“沉鎂”中生成Mg(OH?MgCO3沉淀的離子方程式為,母液經(jīng)加熱后可返回

工序循環(huán)使用。由堿式碳酸鎂制備輕質(zhì)氧化鎂的方法是。

【答案】(1)NH4HCO3+NH3=^=(NH4)2CO3

(2)SiO?、FezCh、AI2O3KSCN

（3）一元弱轉(zhuǎn)化為H3BO3,促進(jìn)析出

2+2

（4）?Mg+3CO5-l-?H2O=Mg（OH）2MgCO3j+2HC（V

（或2Mg2++2CO32-+H2O=Mg（OH）2-MgCO31+CO2T）溶浸高溫焙燒

2.12015安徽卷】（14分）硼氫化鈉（NaBH』）在化工等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，某研究小組采用偏硼酸鈉

（1）在第①步反應(yīng)加料之前，需要將反應(yīng)器加熱至100C以上并通入筑氣，該操作的hl的是,原料中

的金屬鈉通常保存在一中，實(shí)驗(yàn)室取用少量金屬鈉需要用到的實(shí)驗(yàn)用品有,，玻璃片和小刀等。

（2）請配平第①步反應(yīng)的化學(xué)方程式：

匚NaBCh+oSiCh+□Na+EiH2=c]NaBH4+nNazSiCh

（3）第②步分離采用的方法是；第③步分離（NaBHJ并回收溶劑，采用的方法是o

（4）NaBFh（s）與水（1）反應(yīng)生成NaBO?（s）和氫氣（g）,在25℃,101KPa下，已知每消耗3.8克NaBHj

（s）放熱21.6KJ,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是_______。

【答案】（1）除去反應(yīng)器中的水蒸氣和空氣，煤油，鐐子、濾紙（2）系數(shù)為：1、2、4、2：（3）過濾，蒸館

（4）NaBH4（s）+H2O（1）=NaBO2（s）+H2（g）AH=-216kJ/mol；

3.12015新課標(biāo)1卷】（14分）硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途。以鐵硼礦（主要成分為MgzBzOsHzO和

Fe3O4,還有少量FezCh、FCOSCaO、AI2O3和SiO2等）為原料制備硼酸（H3BO3）的工藝流程如圖所示：

粗現(xiàn)酸

（1）寫出MgzBzOs