Question

【題目】“稀土之父”徐光憲對稀土萃取分離做出了巨大貢獻。稀土是隱形戰(zhàn)機、超導(dǎo)、核工業(yè)等高精尖領(lǐng)域必備的原料。鈧(Sc)是稀土金屬之一，如圖是制備Sc的工藝流程。

已知：xNH4ClyScF3zH2O是ScF3與氯化物形成的復(fù)鹽沉淀，在強酸中部分溶解。“脫水除銨”是復(fù)鹽沉淀的熱分解過程。

據(jù)此回答：

（1）在空氣中焙燒Sc2(C2O4)3只生成一種碳氧化物的化學(xué)方程式為 ________。

（2）圖1是含Sc元素的離子與F-濃度和pH的關(guān)系。用氨調(diào)節(jié)溶液pH,調(diào)節(jié)3.5<pH<4.2原因是________。

（3）圖2是“脫水除銨”過程中固體質(zhì)量與溫度的關(guān)系，其中在380℃到400℃會有白煙冒出，保溫至無煙氣產(chǎn)生，即得到ScF3,由圖像中數(shù)據(jù)計算復(fù)鹽中x:z=________；工藝流程中可回收利用的物質(zhì)是________。

（4）傳統(tǒng)制備ScF3的方法是先得到ScF36H2O沉淀，再高溫脫水得ScF3，但通常含有ScOF雜質(zhì)，原因是________（用化學(xué)方程式表示）。流程中將復(fù)鹽沉淀后“脫水除銨”制得純度很高的SeF3,其原因是________。

Answer 1

【答案】2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2 pH<3.5沉淀會在強酸中部分溶解，pH>4.2會生成鈧的氫氧化物雜質(zhì) 1:2 NH3和HCl ScF3+H2O=ScOF+2HF 脫銨時NH4Cl分解，生成HCl，抑制Sc3+水解

【解析】

在空氣中焙燒Sc2(C2O4)3只生成一種碳氧化物CO2和Sc2O3，在濃鹽酸、氟化銨等條件下生成復(fù)鹽xNH4ClyScF3zH2O，脫水，脫銨，得ScF3，最后用鈣還原生成鈧(Sc)單質(zhì)。

（1）在空氣中焙燒Sc2(C2O4)3只生成一種碳氧化物CO2和Sc2O3，化學(xué)方程式為2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2。故答案為：2Sc2(C2O4)3+3O22Sc2O3+12CO2；

（2）根據(jù)圖1，含Sc元素的離子與F-濃度和pH的關(guān)系，用氨調(diào)節(jié)溶液pH,調(diào)節(jié)3.5<pH<4.2原因是pH<3.5沉淀會在強酸中部分溶解，pH>4.2會生成鈧的氫氧化物雜質(zhì)。故答案為：pH<3.5沉淀會在強酸中部分溶解，pH>4.2會生成鈧的氫氧化物雜質(zhì)；

（3）“脫水除銨”過程中，在380℃到400℃會有白煙冒出，白煙是氯化銨小顆粒，保溫至無煙氣產(chǎn)生，即得到ScF3，故在200℃到300℃為失水過程，則xNH4ClyScF3zH2O中x:y= =0.06:0.12=1:2，由圖像中數(shù)據(jù)計算復(fù)鹽中x:z=1:2；工藝流程中可回收利用的物質(zhì)是NH3和HCl。故答案為：1:2；NH3和HCl；

（4）ScF36H2O沉淀，高溫脫水得ScF3，通常含有ScOF雜質(zhì)，原因是ScF3部分水解，ScF3+H2O=ScOF+2HF。流程中將復(fù)鹽沉淀后“脫水除銨”制得純度很高的SeF3，其原因是脫銨時NH4Cl分解，生成HCl，抑制Sc3+水解。故答案為：ScF3+H2O=ScOF+2HF；脫銨時NH4Cl分解，生成HCl，抑制Sc3+水解。