Question

7．美國科學(xué)家理查德-海克和日本科學(xué)家根岸英一、鈴木彰因在研發(fā)“有機(jī)合成中的鈀催化的交叉偶聯(lián)”而獲得2010年度諾貝爾化學(xué)獎．有機(jī)合成常用的鈀/活性炭催化劑長期使用，催化劑會被雜質(zhì)（如：鐵、有機(jī)物等）污染而失去活性，成為廢催化劑，需對其再生回收．一種由廢鈀催化劑制取氯化鈀的工藝流程如下：

（1）甲酸在反應(yīng)中的作用是還原劑（選填：“氧化劑”、“還原劑”）．其將PdO轉(zhuǎn)化為鈀精渣（Pd）的化學(xué)方程式為PdO+HCOOH=Pd+CO₂↑+H₂O
（2）酸溶時鈀精渣中鈀的回收率高低主要取決于王水溶解的操作條件，已知反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間和王水用量對鈀回收率的影響如圖1～圖3所示，則王水溶解鈀精渣的適宜條件為80～90℃（或90℃左右）、反應(yīng)時間約為8h、鈀精渣與王水的質(zhì)量比為1：8．

（3）王水是濃硝酸與濃鹽酸按體積比1：3混合而成的，王水溶解鈀的過程中有化合物A和一種無色、能與人體血紅蛋白結(jié)合而使人中毒氣體B生成．
①氣體B的分子式：NO；
②經(jīng)測定，化合物A由3種元素組成，有關(guān)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為Pd：42.4%，H：0.8%，則A的化學(xué)式為H₂PdCl₄
（4）加濃氨水時，鈀轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄訹P（NH₃）₄]²⁺，此時鐵的存在形式是Fe（OH）₃（寫化學(xué)式）．焙燒2發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Pd（NH₃）₂Cl₂═PdCl₂+2NH₃↑．

Answer 1

分析 廢鈀催化劑經(jīng)烘干后，在700℃的高溫下焙燒，C、Fe、Pd、有機(jī)物被氧氣氧化生成氧化物，向氧化物中加入甲酸，甲酸和氧化鐵反應(yīng)生成鹽和水，PdO和甲酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Pd，濾渣中含有Pd、SiO₂，二氧化硅不溶于王水，但Pd能溶于王水生成溶液，同時生成氣體，加入濃氨水調(diào)節(jié)溶液PH，鈀轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄訹Pd（NH₃）₄]²⁺，使鐵全部沉淀，溶液中加入鹽酸酸析得到沉淀，經(jīng)過脫氨等一系列操作得當(dāng)氯化鈀．
（1）PdO和甲酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Pd，Pd的化合價降低，甲酸還原PdO生成Pd、CO₂和H₂O；
（2）根據(jù)Pd回收率與反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、鈀精渣和王水的質(zhì)量比的關(guān)系確定適宜條件；
（3）①王水是濃硝酸與濃鹽酸按體積比1：3混合而成的，硝酸具有氧化性，被還原為NO；
②鈀在王水中溶解的過程中有化合物A，A中含有的元素為H、Pb、Cl，Cl的百分含量為1-42.4%-0.8%=56.8%；
（4）加濃氨水時，鈀轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄訹Pd（NH₃）₄]²⁺，堿性溶液中鐵離子鋇沉淀為氫氧化鐵，550℃焙燒2的目的是脫氨．

解答 解：廢鈀催化劑經(jīng)烘干后，再在700℃的高溫下焙燒，F(xiàn)e、Pd、有機(jī)物被氧氣氧化生成氧化物，向氧化物中加入甲酸，甲酸和氧化鐵反應(yīng)生成鹽和水，PdO和甲酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Pd，濾渣中含有Pd、SiO₂，二氧化硅不溶于王水，但Pd能溶于王水生成溶液，同時生成氣體，加入濃氨水調(diào)節(jié)溶液PH沉淀鐵離子，得到溶液中中加入鹽酸酸析得到沉淀Pd（NH₃）₂Cl₂ ，通過脫氨等一系列操作得當(dāng)氯化鈀．
（1）PdO和甲酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Pd，Pb的化合價降低，甲酸作還原劑，PdO和HCOOH發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Pd、CO₂和H₂O，反應(yīng)方程式為PdO+HCOOH=Pd+CO₂↑+H₂O，故答案為：還原劑；PdO+HCOOH=Pd+CO₂↑+H₂O；
（2）根據(jù)圖象知，溫度越高鈀回收率越大，反應(yīng)時間越長鈀回收率越大，鈀精渣與王水的質(zhì)量比越大鈀回收率越大，但90℃左右時溫度再高鈀回收率增大不大；8h后，隨著時間的增長，鈀回收率增大不大；當(dāng)鈀精渣與王水的質(zhì)量比為1：8后，再增大鈀精渣和王水的質(zhì)量比，但鈀回收率不大，所以適宜條件是80～90℃（或90℃左右）、反應(yīng)時間約為8 h、鈀精渣與王水的質(zhì)量比為1：8，故答案為：80～90℃（或90℃左右）；反應(yīng)時間約為8h；鈀精渣與王水的質(zhì)量比為1：8；
（3）①王水是濃硝酸與濃鹽酸按體積比1：3混合而成的，硝酸具有氧化性，被還原為無色有毒的氣體NO，故答案為：NO；  
 ②A中含有的元素為H、Pb、Cl，元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為Pd：42.4%，H：0.8%，Cl：1-42.4%-0.8%=56.8%，故n（H）：n（Pd）：n（Cl）=2：1：4，則A的化學(xué)式為H₂PdCl₄，故答案為：H₂PdCl₄；
（4）加濃氨水時，鈀轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄訹Pd（NH₃）₄]²⁺，堿性溶液中鐵離子鋇沉淀為氫氧化鐵，脫氨將Pd（NH₃）₂Cl₂變化為PdCl₂，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Pd（NH₃）₂Cl₂═PdCl₂+2NH₃↑，
故答案為：Fe（OH）₃；Pd（NH₃）₂Cl₂═PdCl₂+2NH₃↑．

點評 本題以Pd的提取為載體考查了工藝流程，涉及化學(xué)式的確定、氧化還原反應(yīng)、圖象分析等知識點，明確物質(zhì)的性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，注意從整體上分析分析解答，知道每一步涉及的反應(yīng)、物質(zhì)分離的方法等知識點，結(jié)合元素守恒分析解答，題目難度中等．