Question

美國科學(xué)家理查德一海克和日本科學(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．一種由廢催化劑制取氯化鈀的工藝流程如下：

（1）廢鈀催化劑經(jīng)烘干后，再在700℃的高溫下焙燒，焙燒過程中需通入足量空氣的原因是

 

；甲酸還原氧化鈀的化學(xué)方程式為

 

．
（2）鈀在王水（濃硝酸與濃鹽酸按體積比1：3）中轉(zhuǎn)化為H₂PdCl₄，硝酸還原為NO，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（3）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（溫度、時間和王水用量）為

 

、

 

、

 

．

（4）加濃氨水時，鈀轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄訹Pd（NH₃）₄]²⁺，此時鐵的存在形式是

 

（寫化學(xué)式）．
（5）700℃焙燒1的目的是：

 

；550℃焙燒2的目的是：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),常見金屬元素的單質(zhì)及其化合物的綜合應(yīng)用

專題：幾種重要的金屬及其化合物

分析：廢鈀催化劑經(jīng)烘干后，再在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）廢鈀催化劑經(jīng)烘干后，再在800℃的高溫下焙燒，碳和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳，Pd被氧化生成PdO，然后向固體中加入甲酸，甲酸還原PdO生成Pd、CO₂和H₂O；
（2）依據(jù)反應(yīng)物和產(chǎn)物，結(jié)合鹽酸化合價變化分析電子守恒和原子守恒配平書寫化學(xué)方程式；
（3）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；
（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；
（5）流程分析，在700℃的高溫下焙燒，F(xiàn)e，有機(jī)物被氧氣氧化生成氧化物，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）廢鈀催化劑中含有碳單質(zhì)，碳和氧氣反應(yīng)生成二氧化碳，為了使碳充分燃燒，要通入過量空氣；鈀被氧氣氧化生成PdO，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：使活性炭充分燃燒而除去；PdO+HCOOH=Pd+CO₂↑+H₂O；
（2）在反應(yīng)中Pt元素的化合價變化為0→+4，1個Pt原子的變化數(shù)為4，N元素的化合價變化為+5→+2，1個N原子的變化數(shù)為3，則為保證化合價升降數(shù)相等，然后根據(jù)Pt原子個數(shù)相等，由N原子，Cl原子守恒，然后再根據(jù)原子守恒配氫和氧元素，得3Pt+4HNO₃+18HCl═3H₂PtCl₆+4NO↑+8H₂O，
故答案為：3Pt+4HNO₃+18HCl═3H₂PtCl₆+4NO↑+8H₂O；
（3）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；
（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，故答案為：Fe（OH）₃；
（5）在700℃的高溫下焙燒，C、Fe，有機(jī)物被氧氣氧化生成氧化物，除去活性炭和有機(jī)物；550℃焙燒2的目的是脫氨將Pd（NH₃）₂Cl₂變化為PdCl₂，
故答案為：除去活性炭和有機(jī)物；脫氨將Pd（NH₃）₂Cl₂變化為PdCl₂．

點(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)，結(jié)合元素守恒分析解答，題目難度中等．