Question

2020年5月5日晚18时00分，我国载人空间站货物返回舱试验舱在我国文昌航天发射场点火升空， 5月8日飞船试验船返回舱在东风着陆场预定区域成功着陆，试验取得圆满成功。金属铍(Be)是火箭、航空、宇宙航行的重要材料，工业上以含铍废渣(主要成分是Be和MgF₂)为原料制备金属铍的工艺流程如图:

已知：MgF₂和CaF₂难溶于水。回答下列问题：

(1)提高浸出速率的方法有________、_______(任写两项)；已知滤液Ⅰ中铍元素的存在形式为H₂BeF₄，写出“浸出”过程中发生反应的化学方程式：____________。

(2)过滤所得滤渣Ｉ的主要成分为________(填化学式)。

(3)该流程中可循环利用的物质是____________________；滤渣Ⅱ与浓硫酸发生反应的化学方程式为__________________________________________________；已知(NH₄)₂BeF₄易溶于水，且其在水中的溶解度随温度的升高而大幅度增大，从NH₄F与滤液Ⅱ发生反应后所得溶液中获得(NH₄)₂BeF₄晶体的“一系列操作”具体是指____________________  过滤、洗涤、干燥。

(4) “分解”过程中产生的BeF₂在熔融状态下不能导电，其电子式为_____________；“还原”过程可以用金属镁制备金属铍的原因是__________________________。

Answer

粉碎废渣、增大HF溶液的浓度 适当升高温度、充分搅拌(写两项即可) Be＋4HF=H2BeF4＋H2↑ MgF2 HF、NH4F CaF2＋H2SO4 (浓) CaSO4＋2HF↑ 蒸发浓缩、冷却结晶 镁的还原性比铍强

【解析】

将含铍废渣(主要成分是Be和MgF2)用30%HF溶液酸浸，MgF2难溶于水，所以得到的滤渣I为MgF2，根据题目信息可知滤液I中主要含有H2BeF4，过滤分离，向滤液Ⅰ中加入CaCO3，除去溶液中过量的HF，过滤得到滤渣II为 CaF2和含有H2BeF4的滤液Ⅱ，向滤液Ⅱ中加入NH4F得到(NH4)2BeF4，同时得到HF，浓硫酸和滤渣II反应也可以生成HF，得到的HF可以循环使用；经过后续一系列操作得到较纯的(NH4)2BeF4晶体，将晶体分解得到NH4F和BeF2，用Mg还原BeF2得到较纯的金属Be，NH4F则可以循环使用。

(1)粉碎废渣、增大HF溶液的浓度、适当升高温度、充分搅拌都可以提高浸出速率；反应有Be和HF，产物有H2BeF4，该过程Be元素被氧化，根据元素的价态规律可知应是H元素将Be元素氧化，所以化学方程式为Be＋4HF=H2BeF4＋H2↑；

(2)滤渣I主要为难溶于水的MgF2；

(3)根据分析可知循环使用的有HF和NH4F；滤渣II主要CaF2，与浓硫酸发生复分解反应生成HF，方程式为CaF2＋H2SO4 (浓) CaSO4＋2HF↑；(NH4)2BeF4易溶于水，且其在水中的溶解度随温度的升高而大幅度增大，所以可以先加热混合溶液蒸发浓缩，再冷却析出(NH4)2BeF4晶体，所以一系列操作为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；

(4)BeF2在熔融状态下不能导电，说明其为共价化合物，所以电子式为；铍和镁位于同一主族，且镁位于铍的下方，所以镁的金属性比铍强，则镁的还原性比铍强，可以用金属镁制备金属铍。