专题22主族金属铍及其化合物解析版.docx

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专题22主族金属铍及其化合物解析版

系列二主族金属

专题2铍及其化合物

在自然界中，以硅铍石Be4Si2O7（OH）2和绿柱矿Be3Al2Si6O18等矿物存在。

绿柱石由于含有少量杂质而示出不同的颜色。

如含2%的Cr3+离子呈绿色。

亮蓝绿色的绿柱石称为海蓝宝石，深绿色的绿柱石称为祖母绿。

（1）铍表面易形成氧化层，减小了金属本身的活性。

根据对角线规则，Be与Al的性质相似，这一点与Li和Mg的相似性原理相同。

铍相同是典型的两性金属。

（2）还原性：

它与O2，N2，S反应，生成BeO，Be3N2和BeS。

它与碳反应生成Be2C碳化物（与Al4C3同类，类似的还有BeCl2和AlCl3均为共价化合物，易升华，易溶于有机溶剂），而其他碱土金属的碳化物都是MC2型。

2Be+O2

2BeO，3Be+N2

Be3N2，Be+S

BeS

（3）类比学习Be与Al的性质的相似性

①二者均不仅能溶于酸溶液，也能溶于碱溶液，放出H2。

但铍、铝与冷的浓硝酸接触，发生“钝化”现象。

Be＋2NaOH＋2H2O===Na2[Be（OH）4]＋H2↑或Be＋2NaOH===Na2BeO2＋H2↑；

2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al（OH）4]＋3H2↑或2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。

②二者的氢氧化物均为两性氢氧化物，易溶于强碱溶液。

Be（OH）2＋2NaOH===Na2[Be（OH）4]或Be（OH）2＋2NaOH===Na2BeO2＋2H2O；

Al（OH）3＋NaOH===Na[Al（OH）4]或Al（OH）3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O。

③铍、铝的盐都易水解。

如BeS+2H2O

Be（OH）2+H2S，而Al2S3也有相同的性质

（4）制备

①还原BeF2，用此法制备存在许多困难，该反应强烈放热甚至会导致爆炸。

且最终体系内物质沸点结晶，导致Be与MgF2分离比较困难。

BeF2+Mg

MgF2+Be

②电解熔融盐。

由于熔融的铍盐几乎不导电或导电性很弱，必须加离子型的盐，如电解NaCl－BeCl2或者LiCl－KCl－BeCl2熔盐。

用镍坩埚作电解槽及阴极，阳极是石墨棒。

【习题1】第ⅡA的铍在一定条件下可形成化合物Na2BeO2。

下列有关铍及其化合物的叙述正确的是（）

A．氧化铍不能溶于盐酸；B．氢氧化铍易溶于水

C．单质铍可溶于氢氧化钠溶液生成氢气；D．Na2BeO2溶液呈酸性。

【答案】C

【解析】A．在一定条件下能形成化合物Na2BeO2，说明铍和铝相似，因此氧化铍是两性氧化物，既能跟强酸反应又能跟强碱反应，故A错误；B．在一定条件下能形成化合物Na2BeO2，说明铍和铝相似，因此氢氧化铍不易溶于水，故B错误；C．在一定条件下能形成化合物Na2BeO2，说明铍和铝相似，既能跟强酸反应又能跟强碱反应生成氢气，故C正确；D．Na2BeO2溶液是强碱弱酸盐的溶液，故溶液呈碱性，故D错误；答案选C。

【习题2】铝、铍（Be）及其化合物具有相似的化学性质，如其氯化物分子内键型相同，故其氯化物晶体的熔点都较低。

已知反应：

BeCl2+Na2BeO2+2H2O＝2NaCl+2Be（OH）2↓能完全进行，则下列推断正确的是

A．Na2BeO2溶液的pH>7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物为BeO

B．BeCl2溶液的pH<7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物可能是BeO

C．Be（OH）2即能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液

D．BeCl2水溶液的导电性强，故BeCl2是离子化合物

【答案】BC

【解析】A．Na2BeO2溶液水解呈碱性，溶液的pH＞7，将其蒸干，水解得到的氢氧化钠又与Be（OH）2反应得到Na2BeO2，灼烧后可得残留物Na2BeO2，故A错误；B．BeCl2为强酸弱碱盐，水解呈酸性，溶液的pH＜7，将其蒸干，HCl挥发，水解彻底，得到Be（OH）2，灼烧后可得残留物BeO，故B正确；C．Be（OH）2性质类似于氢氧化铝，具有两性，则既能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液，故C正确；D．根据化合物在熔融状态下能否导电来判断其是否是离子化合物，共价化合物在水溶液中也可以导电，BeCl2水溶液导电性强，不能说明BeCl2是离子化合物，故D错误。

故选BC。

【习题3】铍铜是力学、化学综合性能良好的合金，广泛应用于制造高级弹性元件。

以下是从某废旧铍铜元件（含BeO25%、CuS71%、少量FeS和SiO2）中回收铍和铜两种金属的流程。

已知：

I．铍、铝元素处于周期表中的对角线位置，化学性质相似。

（1）氢氧化铍的电离方程式为____________________________________。

（2）滤液A的主要成分除NaOH外，还有____________________（填化学式），写出反应I中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程____________________________。

（3）①溶液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl，为提纯BeCl2，选择合理步骤并排序_________________。

a．加入过量的NaOHb．通入过量的CO2c．加入过量的氨水

d．加入适量的HCle．过滤f．洗涤

②从BeCl2溶液中得到BeCl2固体的操作是_________________。

（4）①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为单质硫，写出反应Ⅱ中CuS发生反应的化学方程式______。

②若用浓HNO3溶解金属硫化物，缺点是__________________________________（任写一条）。

（5）取铍铜元件1000g，最终获得Be的质量为81g，则产率是______________。

【答案】

（1）2H++BeO22-

Be（OH）2

Be2++2OH-

（2）Na2SiO3、Na2BeO2BeO22-+4H+=Be2++2H2O（3）①cefd②在氯化氢的气流中蒸发结晶（4）①MnO2+CuS+2H2SO4=S+MnSO4+CuSO4+2H2O②产生污染环境的气体（5）90%

【解析】

（1）氢氧化铍具有两性，可电离出OH-，也可以电离出H+，则其电离方程式为2H++BeO22-

Be（OH）2

Be2++2OH-；

（2）分析可知，滤液A的主要成分除NaOH外，还有：

Na2SiO3、Na2BeO2，反应I中含铍化合物与过量盐酸反应的离子方程式为：

BeO22-+4H+=Be2++2H2O；（3）①溶液C中含NaCl、BeCl2和少量HCl，为提纯BeCl2，选择最合理步骤顺序为：

加入过量的氨水过滤，洗涤加入适量的HCl，顺序为：

cefd，故答案为：

cefd；②从BeCl2溶液中得到BeCl2固体时为了抑制Be2+离子的水解，需要在HCl气氛中对BeCl2溶液蒸发结晶；（4）①MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为硫单质，反应II中CuS发生反应的化学方程式为：

MnO2+CuS+2H2SO4=S+MnSO4+CuSO4+2H2O；②浓硝酸具有氧化性做氧化剂被还原为二氧化氮、NO2气体有毒污染环境；（5）混合物中BeO质量=1000×25%=250g，理论上得到Be的物质的量=

=10mol，实际得到Be物质的量=

=9mol，产率=

×100%=90%。

【习题4】铍作为一种新兴材料日益被重视，有“超级金属…尖端金属…空间金属”之称。

工业上常用绿柱石（主要成分3BeO·Al2O3·6SiO2，还含有铁等杂质）冶炼铍，一种简化的工艺流程如下：

按元素周期表的对角线规则，Be和Al性质相似；几种金属阳离子的氢氧化物沉淀时的pH如表。

回答下列问题：

（1）步骤②中将熔块粉碎的目的是_________________________；滤渣1的主要成分是______________。

（2）步骤③加入H2O2时发生反应的离子方程式为__________________________________，从滤液1中得到沉淀的合理pH为__________（填序号）。

A.3.3-3.7B.3.7—5.0C.5.0～5.2D.5.2—6.5

（3）步骤④不宜使用NaOH溶液来沉淀Be2+的原因是_____________。

从溶液中得到（NH4）2BeF4的实验操作是_______、过滤、洗涤、干燥。

（4）步骤⑥的反应类型是___________________，步骤⑦需要隔绝空气的环境，其原因是_____________。

（5）若绿柱石中Be0的含量为a%，上述过程生产Be的产率为b%，则1t该绿柱石理论上能生产含铍量2%的镀铜合金_______t。

【答案】

（1）增大与硫酸的接触面积，提高反应速率H2SiO3

（2）2Fe2+＋H2O2＋2H+==2Fe3+＋2H2OC（3）过量的NaOH溶液会溶解Be（OH）2（或不易确保Be2+沉淀完全）蒸发浓缩、冷却结晶（4）分解反应高温下空气中的氮气、氧气都可与镁或铍反应，从而降低产率（5）1.8×10-3ab（或

 ）

【解析】

（1）将熔块粉碎能增大与硫酸的接触面积，提高酸浸时的反应速率；SiO2与石灰石高温下反应生成硅酸钙，硅酸钙在用硫酸进行酸浸时生成H2SiO3沉淀。

（2）步骤③中加入H2O2的目的是把Fe2+氧化为Fe3+，便于铁杂质的除去，发生反应的离子方程式为：

2Fe2+＋H2O2＋2H+==2Fe3+＋2H2O；从滤液1中得到的沉淀为Fe（OH）3、Al（OH）3，调节PH既要Fe3+和Al3+沉淀完全又不能使Be2+沉淀，根据几种金属阳离子的氢氧化物沉淀时的pH表可知，合理pH为5.0～5.2。

（3）Be和Al性质相似，用NaOH溶液来沉淀Be2+会导致Be（OH）2被溶解，不宜使用NaOH溶液来沉淀Be2+；对溶液进行蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，可以得到（NH4）2BeF4固体。

（4）步骤⑥中（NH4）2BeF4通过分解反应生成BeF2；步骤⑦中，空气中含有氮气和氧气，氮气和氧气都能与镁或铍发生反应，降低Be的产率。

（5）根据题知条件可得铍铜合金的质量=

=1.8×10-3ab（或

 ）吨。

【习题5】著名化学家徐光宪在稀土领域贡献突出，被誉为“稀土界的袁隆平”。

钇是稀土元素之一，我国蕴藏着丰富的钇矿石（Y2FeBe2Si2O10），工业上通过如下工艺流程制取氧化钇，并获得副产物铍。

已知：

ⅰ．钇（Y）的常见化合价为＋3价；

ⅱ．铍和铝处于元素周期表的对角线位置，化学性质相似；

ⅲ．Fe3+、Y3+形成氢氧化物沉淀时的pH如下表：

离子

开始沉淀时的pH

完全沉淀时的pH

Fe3+

2.1

3.1

Y3+

6.0

8.3

（1）将钇矿石与NaOH共熔的反应方程式补充完整：

_____Y2FeBe2Si2O10+_____NaOH+__________

____Y（OH）3+____Fe2O3+____Na2SiO3+____Na2BeO2+____H2O

（2）滤渣Ⅱ的主要成分是__________________。

（3）试剂A可以是_______________。

A．NaOH溶液B．氨水C．CO2D．CaO

（4）用氨水调节pH=a时，a的取值范围是_____________________。

（5）计算常温下Y3++3H2O

Y（OH）3+3H+的平衡常数K=________。

（常温下Ksp[Y（OH）3]=8.0×10-23）

（6）滤液Ⅲ加入氨水产生沉淀的离子方程式为___________________________。

（7）从BeCl2溶液中得到BeCl2固体的操作是________________________。

（8）常见的由BeCl2固体生产Be的工业方法有两种：

①电解法：

电解NaCl-BeCl2混合熔融盐制备Be；②热还原法：

熔融条件下，钾还原BeCl2制备Be。

以上两种方法你认为哪种更好并请说明理由___________。

【答案】

（1）432O282884

（2）H2SiO3或H4SiO4（3）B（4）3.1≤a＜6.0（或其他合理答案）（5）1.25×10-20（6）Y3++3NH3∙H2O=Y（OH）3↓+3NH4+（7）蒸发结晶时，向溶液中持续通入HCl气体（或在HCl气流中加热蒸干）（8）电解法好，同时能得到工业原料Cl2（热还原法好，操作简单，不产生有毒气体，或其它合理答案）

【解析】钇矿石与NaOH共熔生成Y（OH）3、Fe2O3、Na2SiO3和Na2BeO2，“水溶”后Na2SiO3和Na2BeO2溶于水成为滤液I的主要溶质，Y（OH）3、Fe2O3不溶，则过滤得到滤渣I的成分为Y（OH）3、Fe2O3；向滤液I加入过量盐酸，Na2SiO3与盐酸反应转化为硅酸沉淀，Na2BeO2具有与偏铝酸钠相似的性质，则与过量盐酸反应后转化为BeCl2，因此滤渣II为H2SiO3或H4SiO4，滤液II为BeCl2、NaCl和过量的HCl，再加入过量氨水，分离Be元素，会生成Be（OH）2沉淀，再加过量盐酸，得到纯净的BeCl2最后获得副产物Be；另一方面，滤渣I经过稀盐酸溶解后得到YCl3和FeCl3，滴加氨水条件pH，便于分离沉淀Fe元素，得到的滤液中YCl3经氨水调节适当pH沉淀得到Y（OH）3，最终高温得到Y2O3。

（1）钇矿石Y2FeBe2Si2O10中，Y显+3价，Be显+2价，Si显+4价，则根据化合物的各元素化合价代数和为0可知，Fe的化合价为+2价，与NaOH共熔时需要氧气的参与将Fe元素转化为Fe2O3，根据得失电子守恒和原子守恒规律结合已知的产物可得，其化学方程式为：

4Y2FeBe2Si2O10+32NaOH+O2

8Y（OH）3+2Fe2O3+8Na2SiO3+8Na2BeO2+4H2O；

（2）滤渣Ⅱ的主要成分为H2SiO3或H4SiO4；（3）加入试剂A的目的是为了沉淀Be（OH）2，根据已知ⅱ可知，需要加入弱碱，B项正确，故选B；（4）用氨水调节pH=a，目的是为了沉淀Fe3+，便于与Y3+分离，根据已知给出的Fe3+、Y3+形成氢氧化物沉淀时的pH表数据可以看出，pH的范围为：

3.1≤a＜6.0（或其他合理答案）；（5）该反应的平衡常数K=

=

=

=

=1.25×10-20；（6）滤液Ⅲ中Y3+加入氨水会生成Y（OH）3，其离子方程式为：

Y3++3NH3∙H2O=Y（OH）3↓+3NH4+；（7）BeCl2类似于氯化铝溶液，蒸干时可能会发生水解，因此要想得到BeCl2固体，蒸发结晶时，向溶液中持续通入HCl气体（或在HCl气流中加热蒸干）；（8）电解法好，同时能得到工业原料Cl2（或热还原法好，操作简单，不产生有毒气体，或其它合理答案）。

【习题6】铍作为一种新兴材料日益被重视，是原子能、火箭、导弹、航空以及冶金工业中不可缺少的宝贵材料。

铍及其化合物大多具有毒性。

如图是以一种已经预处理后的含铍矿绿柱石（主要含有

，

，

，

和

等）为原料制取单质铍的工艺流程：

已知：

i.铍和铝的化学性质相似；ii.氯化铍在融熔态时较难电离；iii.Be（OH）2在PH＞10时会溶解；

iV.

。

（1）滤渣1的主要成分是__________________________。

（2）在“除铝”过程中铝会以铝铵矾[（NH4）Al（SO4）2·12H2O]的形式析出，则此过程中生成铝铵矾的化学方程式为________________________________。

（3）“除铁”过程要求不引入新的杂质，其操作应为__________________________。

（4）在“沉铍”过程中，若改为加入过量的NaOH溶液，则铍的存在形式是________（填离子符号）。

（5）在“分解”过程中产生的NH4F烟气会发生反应：

，可用

代替

用于雕刻玻璃，反应过程中有

生成，请写出此反应的化学方程式：

___________________________________。

（6）工艺中采用氟化铍镁热还原法制取铍需要真空环境的原因是____________________。

氯化铍熔盐电解法也可以制取铍，但是在电解过程中需要加入等量的

，加入

的作用是____________________。

（7）铍铜因具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性、耐热冲击性以及无磁性、无火花等特性而成为最为广泛使用的一种铍合金。

若绿柱石中

的含量为a%，上述工艺流程中

的产率为b%，则1t绿柱石理论上可以生产含2%Be的铍铜合金______________t。

（8）工艺流程中产生的含有

的废水可以用石灰中和——生物净化法进行净化。

不同的pH值和温度下，石灰中和——生物净化法净化后溶液中的铍的浓度如图所示，则为了减少污染，最应选用的pH范围和温度分别是__________________________（填序号）。

A．9~11，30℃                 B．7~10，30℃                 C．8~11，35℃

【答案】

（1）SiO2

（2）（NH4）2SO4+Al2（SO4）3+24H2O=2[（NH4）Al（SO4）2·12H2O]（3）在滤液中加入适量H2O2，再加适量氨水调整的pH≥3（4）BeO22-（5）SiO2+4NH4HF2=SiF4↑+4NH4F+2H2O（6）防止Be和Mg被氧化增强熔融盐的导电性（7）1.8×10-3ab（8）B

【解析】用稀硫酸溶解含铍矿绿柱石，其中BeO、Al2O3、Fe2O3和FeO均能溶于酸，而SiO2不溶于酸且不溶于水，经过滤，滤渣Ⅰ为SiO2，而滤液中主要含有Be2+、Al3+、Fe3+、Fe2+及过量的酸，滤液中加入（NH4）2SO4有铝铵矾[（NH4）Al（SO4）2·12H2O]析出，经过过滤除去，达到除铝的目的，继续向所得滤液中加入加入适量H2O2氧化Fe2+，再加适量氨水调整的pH，使溶液中Fe3+完全转化为Fe（OH）3沉淀，再过滤除去，达到除铁的目的，再向滤液中加入氨水、HF，得到（NH4）2BeF4，高温分解得到BeF2，加入镁在高温下反应生成Be，以此解答该题。

（1）由分析知，滤渣1的主要成分是SiO2；

（2）向含Al3+的滤液中加入（NH4）2SO4有铝铵矾[（NH4）Al（SO4）2·12H2O]析出，发生反应的化学方程式为（NH4）2SO4+Al2（SO4）3+24H2O=2[（NH4）Al（SO4）2·12H2O]；

（3）已知

，当c（Fe3+）=1×10-5mol/L时，c（OH-）=

mol/L=1×10-11mol/L，此时溶液pH=3；则“除铁”过程要求先氧化Fe2+，再调节溶液pH≥3，使Fe3+完全转化为Fe（OH）3沉淀，在不引入新的杂质的前提下，正确操作应为向滤液中加入适量H2O2，再加适量氨水调整的pH≥3；

（4）Be（OH）2能溶于NaOH溶液，则“沉铍”过程中，若加入过量的

溶液，Be（OH）2会溶于NaOH生成NaBeO2，即铍的存在形式是BeO22-；

（5）用

代替

用于雕刻玻璃，即SiO2能与NH4HF2反应生成SiF4和NH4F，发生反应的化学方程式为SiO2+4NH4HF2=SiF4↑+4NH4F+2H2O；

（6）Be和Mg易在空气中被氧气氧化，则采用氟化铍镁热还原法制取铍需要真空环境，达到防止Be和Mg被氧化的目的；氯化铍在融熔态时较难电离，在电解过程中需要加入等量的NaCl，可增强熔融盐的导电性；

（7）根据原子守恒，依据已知条件1t该绿柱石理论上能生产含镀量2%的镀铜台金

=1.8×103abg=1.8×10-3abt；

（8）当溶液pH在7~10左右、温度30℃时溶液中c（Be）最低，即净化效果最好，故答案为B。

【习题7】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℃，Ksp（CaCO3）=8.7×10-9；Ksp（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：

_______________________。

【答案】

（1）Al2O3+3CaF2

2AlF3↑+3CaO

（2）SiO2（3）Fe（OH）3Be（OH）2Al（OH）3Be（OH）2+2OH-=BeO22-+H2O或Be（OH）2+2OH-=Be（OH）42-（4）稀释使溶液的碱性变弱，BeO22-水解，分离除去沉淀中的铝元素（5）495（6）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+3CaF2

2AlF3↑+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+3CaF2

2AlF3↑+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