Question

铍是原子能、火箭、导弹、航空、宇宙航行以及冶金工业中不可缺少的一种新兴材料。以某地的含氟铍矿（主要成分为BeO、CaF₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂及少量的硫酸盐）为原料，生产工业氧化铍的一种工艺流程如图：

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

②Be(OH)₂与Al(OH)₃性质相似。

回答下列问题：

（1）“熔炼”的温度为1600℃，其中约20%的Al₂O₃反应生成烟气(主要成分为AlF₃)，该反应的化学方程式为___。

（2）浸渣的主要成分为CaSO₄、___。

（3）加入氨水中和酸浸液，若将pH调至8~9，“沉铍”时产生的沉淀物主要有：___、___、___。

（4）“沉铍”后将滤渣加入足量氢氧化钠溶液提高pH进行“除铁”，铍元素参与反应的离子方程式为___，然后加适量水稀释进行“水解”，目的是___。

（5）若为高氟铍矿，需在“沉铍”前进行“除氟”。工业上“除氟”是加入10%的氨水，并控制一定的条件，使氟与铝铁形成共沉淀物而除去。根据如图实验数据，选择的实验条件为pH=___，水浴加热温度T=___℃。

（6）氧化铍粗产品含有一定量的硫酸盐会影响铍的后续冶炼，可用碳酸盐脱除，发生反应：CaSO₄(s)+Na₂CO₃(aq)=CaCO₃(s)+Na₂SO₄(aq)。通过计算反应的K值说明用碳酸钠脱硫酸根反应的程度大小：__。

Answer

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- 稀释使溶液的碱性变弱，BeO22-水解，分离除去沉淀中的铝元素 4 95 K===2.9×103，K值很大，说明转化反应程度很大

【解析】

含氟铍矿（主要成分为BeO、CaF2、Al2O3、Fe2O3、SiO2及少量的硫酸盐）经过熔炼，发生反应Al2O3+3CaF22AlF3↑+3CaO，“熔炼”后的主要成分BeO、CaF2、Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO与硫酸反应，因SiO2与硫酸不反应，而CaSO4微溶于水，则“酸浸”除去二氧化硅等，“酸浸”后滤液中的离子主要为H+、Fe3+、Be2+、Al3+、SO42-等，“沉铍”后Fe3+、Be2+、Al3+转化为沉淀Fe(OH)3、Be(OH)2、Al(OH)3，加入氢氧化钠后Be(OH)2、Al(OH)3溶解生成BeO22-、AlO2-并除去氢氧化铁，最后加适量的水稀释使溶液的碱性变弱，让BeO22-水解转化为Be(OH)2水解得到氢氧化铍。

（1）根据元素守恒分析，Al2O3转化为烟气AlF3，应为Al2O3与CaF2发生复分解反应：Al2O3+3CaF22AlF3↑+3CaO。

（2）“熔炼”后适当冷却加入硫酸进行“酸浸”，主要是含氟铍矿中各种氧化物BeO、CaF2、Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO与硫酸反应，因SiO2与硫酸不反应，而CaSO4微溶于水，故浸渣的主要成分为CaSO4、SiO2。

（3）酸浸后滤液中的离子主要为H+、Fe3+、Be2+、Al3+、SO42-等，加入氨水中和酸浸液，pH调至8~9时，Fe3+、Be2+、Al3+转化为沉淀Fe(OH)3、Be(OH)2、Al(OH)3。

（4）“沉铍”后将滤渣加入足量氢氧化钠溶液提高pH进行“除铁”，因Fe(OH)3不与氢氧化钠反应，Be(OH)2、Al(OH)3性质相似为两性氢氧化物能与氢氧化钠溶液反应，发生Be(OH)2+2OH-=BeO22-+H2O、Al(OH)3+OH-=AlO2-+2 H2O，将Fe(OH)3分离，溶液中阴离子主要是BeO22-、AlO2-，后加适量水稀释进行“水解”，根据流程中的得到的信息“水解”目的是得到Be(OH)2，故说明流程中加适量的水是稀释使溶液的碱性变弱，让BeO22-水解转化为Be(OH)2，分离除去沉淀中的铝元素。

（5）若为高氟铍矿则“酸浸”后溶液中含有大量的氟离子，氟离子浓度偏大会与Be2+形成配合物溶于水而增加了铍的损失率，因此需在“沉铍”前进行“除氟。根据题目信息工业上“除氟”是加入10%的氨水，并控制一定的条件，使氟与铝铁形成共沉淀物而除去。图1明显在pH=4时F、Al、Fe的沉淀率高，但pH高于4时，铍的损失率增大，故实验条件为pH=4，由图2看出温度在95℃后杂质离子的除去率高，故水浴加热温度为95℃。

（6）反应：CaSO4(s)+Na2CO3(aq)=CaCO3(s)+Na2SO4(aq)的K===2.9×103，因为K值很大，说明CaSO4(s)+Na2CO3(aq)=CaCO3(s)+Na2SO4(aq)反应程度很大。