专题22主族金属铍及其化合物解析版.docx

1、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

2、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 + O22BeO，3Be + N2Be3N2，Be + SBeS（3）类比学习Be与Al的性质的相似性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。Be2NaOH2H2O=Na2Be(OH)4H2或Be2NaOH=Na2BeO2H2；2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2或2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2。二者的氢氧化物均为两性氢氧化物，易溶于强碱溶液。Be(OH)22NaOH=Na2Be(OH)4或Be(OH)22NaOH=Na2BeO22H2O；A

3、l(OH)3NaOH=NaAl(OH)4或Al(OH)3NaOH=NaAlO22H2O。铍、铝的盐都易水解。如BeS+2H2OBe(OH)2+H2S，而Al2S3也有相同的性质（4）制备还原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 + MgMgF2 + Be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NaClBeCl2或者LiClKClBeCl2熔盐。用镍坩埚作电解槽及阴极，阳极是石墨棒。【习题1】第A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

4、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； DNa2BeO2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；DNa2BeO2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

5、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+2H2O2NaCl+2Be(OH)2能完全进行，则下列推断正确的是ANa2BeO2溶液的pH7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物为BeOBBeCl2溶液的pH7，将其蒸干并灼烧后得到的残留物可能是BeOCBe(OH)2即能溶于盐酸，又能溶于NaOH溶液DBeCl2水溶液的导电性强，故BeCl2是离子化合物【答案】BC【解析】ANa2BeO2溶液水解呈碱性，溶液的pH7，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；BBeCl2为强酸弱碱盐，水解呈酸性，溶

6、液的pH7，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；CBe（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

7、）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）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 NaOH b通入过量的CO2 c加入过量的氨水d加入适量的HCl e过滤 f洗涤从BeCl2溶液中得到BeCl2固体的操作是_。（4）MnO2能将金属硫化物中的硫元素氧化为单质硫，写出反应中CuS发生反应的化学方程式_。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+B

8、eO22-Be(OH)2Be2+2OH- （2）Na2SiO3、Na2BeO2 BeO22-+4H+=Be2+2H2O （3）cefd 在氯化氢的气流中蒸发结晶 （4）MnO2+CuS+2H2SO4=S+MnSO4+CuSO4+2H2O 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)2Be2+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）溶液C中含NaCl

9、、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；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）MnO2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；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=100025%=250g，理论上得到Be的物质的量=10mol，实际得到Be物质的量=9m

10、ol，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3BeOAl2O36SiO2，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）步骤中将熔块粉碎的目的是_；滤渣1的主要成分是_。（2）步骤加入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.3.3-3.7 B.3.75.0 C.5.05.2 D.5.26.5（3）步骤不宜使用NaOH溶液来沉淀Be2+的原因是_。从溶液中得

11、到(NH4)2BeF4的实验操作是_、过滤、洗涤、干燥。（4）步骤的反应类型是_，步骤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+H2O22H+=2Fe3+2H2O C （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）1.810-3ab（或） 【解析】（1）将熔块粉碎能增大与硫酸的接触面

12、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+H2O22H+=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5.05.2。（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

13、、干燥，可以得到(NH4)2BeF4 固体。（4）步骤中(NH4)2BeF4通过分解反应生成BeF2；步骤中，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=1.810-3ab（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：钇（Y）的常见化合价为3价；铍和铝处于元素周期表的对角线位置，化学性质相似；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

14、的pHFe3+2.13.1Y3+6.08.3（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）滤渣的主要成分是_。（3）试剂A可以是_。ANaOH溶液 B氨水 CCO2 DCaO（4）用氨水调节pH=a时，a的取值范围是_。（5）计算常温下Y3+ +3H2OY(OH)3+3H+的平衡常数K=_。（常温下Ksp Y(OH)3 = 8.010-23）（6）滤液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

15、BeCl2固体生产Be的工业方法有两种：电解法：电解NaCl-BeCl2混合熔融盐制备Be；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）4 32 O2 8 2 8 8 4 （2）H2SiO3 或H4SiO4 （3）B （4）3.1a6.0（或其他合理答案） （5）1.2510-20 （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

16、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Y

17、Cl3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）滤渣的主要成分为H2SiO3 或H4Si

18、O4；（3）加入试剂A的目的是为了沉淀Be(OH)2，根据已知可知，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：3.1a6.0（或其他合理答案）；（5）该反应的平衡常数K=1.2510-20；（6）滤液中Y3+加入氨水会生成Y(OH)3，其离子方程式为：Y3+3NH3H2O=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）

19、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PH10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)212H2O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

20、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

21、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)。 A911，30 B710，30 C811，35【答案】（1）SiO2 （2）(NH4)2SO4+Al2(SO4)3+24H2O=2(NH4)Al(SO4)212H2O （3）在滤液中加入适量H2O2，再加适量氨水调整的pH3 （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）1.810-3ab （8）B 【解析】用稀硫酸

22、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)212H2O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S

23、iO2；（2）向含Al3+的滤液中加入(NH4)2SO4有铝铵矾(NH4)Al(SO4)212H2O析出，发生反应的化学方程式为(NH4)2SO4+Al2(SO4)3+24H2O=2(NH4)Al(SO4)212H2O；（3）已知，当c(Fe3+)=110-5mol/L时，c(OH-)=mol/L=110-11mol/L，此时溶液pH=3；则“除铁”过程要求先氧化Fe2+，再调节溶液pH3，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pH3；（4）Be(OH)2能溶于NaOH溶液，则 “沉铍”过程中，若加入过量的溶液

24、，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=1.8103abg=1.810-3abt；（8）当溶液pH在710左右、温度30时溶液中

25、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：25，Ksp(CaCO3)=8.710-9；Ksp(CaSO4)=2.510-5；Be(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

26、89，“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：_。【

27、答案】（1）Al2O3+3CaF22AlF3+3CaO （2）SiO2 （3）Fe(OH)3 Be(OH)2 Al(OH)3 Be(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）4 95 （6）K=2.9103，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+3CaF22AlF3+3CaO，“熔炼”后的主要成分BeO、CaF2、Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO与硫

28、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+3CaF22AlF3+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89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