“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、核工業(yè)等高精尖領域必備的原料。鈧(Sc)是稀土金屬之一,如圖是制備Sc的工藝流程。
已知:xNH
4Cl?yScF
3?zH
2O是ScF
3與氯化物形成的復鹽沉淀,在強酸中部分溶解。“脫水除銨”是復鹽沉淀的熱分解過程。
據(jù)此回答:
(1)在空氣中焙燒Sc
2(C
2O
4)
3只生成一種碳氧化物的化學方程式為
2Sc
2(C
2O
4)
3+3O
22Sc
2O
3+12CO
22Sc
2(C
2O
4)
3+3O
22Sc
2O
3+12CO
2。
(2)圖1是含Sc元素的離子與F
-濃度和pH的關系。用氨水調(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)
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)圖2是“脫水除銨”過程中固體質(zhì)量與溫度的關系,其中在380℃到400℃會有白煙冒出,保溫至無煙氣產(chǎn)生,即得到ScF
3,由圖象中數(shù)據(jù)計算復鹽中x:z=
1:2
1:2
;工藝流程中可回收利用的物質(zhì)是
NH3和HCl
NH3和HCl
。
(4)傳統(tǒng)制備ScF
3的方法是先得到ScF
3?6H
2O沉淀,再高溫脫水得ScF
3,但通常含有ScOF雜質(zhì),原因是
ScF3+H2O=ScOF+2HF
ScF3+H2O=ScOF+2HF
(用化學方程式表示)。流程中將復鹽沉淀后“脫水除銨”制得純度很高的ScF
3,其原因是
脫銨時NH4Cl分解,生成HCl,抑制Sc3+水解
脫銨時NH4Cl分解,生成HCl,抑制Sc3+水解
。