Question

美国科学家理查德一海克和日本科学家根岸英一、铃木彰因在研发“有机合成中的钯催化的交叉偶联”而获得2010年度诺贝尔化学奖．有机合成常用的钯/活性炭催化  剂，长期使用催化剂会被杂质（如：铁、有机物等）污染而失去活性，成为废催化剂，需对其再生回收．一种由废催化剂制取氯化钯的工艺流程如下：

（1）废钯催化剂经烘干后，再在700℃的高温下焙烧，焙烧过程中需通入足量空气的原因是

 

；甲酸还原氧化钯的化学方程式为

 

．
（2）钯在王水（浓硝酸与浓盐酸按体积比1：3）中转化为H₂PdCl₄，硝酸还原为NO，该反应的化学方程式为

 

．
（3）钯精渣中钯的回收率高低主要取决于王水溶解的操作条件，已知反应温度、反应时间和王水用量对钯回收率的影响如图1～图3所示，则王水溶解钯精渣的适宜条件（温度、时间和王水用量）为

 

、

 

、

 

．

（4）加浓氨水时，钯转变为可溶性[Pd（NH₃）₄]²⁺，此时铁的存在形式是

 

（写化学式）．
（5）700℃焙烧1的目的是：

 

；550℃焙烧2的目的是：

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,常见金属元素的单质及其化合物的综合应用

专题：几种重要的金属及其化合物

分析：废钯催化剂经烘干后，再在700℃的高温下焙烧，C、Fe、Pd、有机物被氧气氧化生成氧化物，向氧化物中加入甲酸，甲酸和氧化铁反应生成盐和水，PdO和甲酸发生氧化还原反应生成Pd，滤渣中含有Pd、SiO₂，二氧化硅不溶于王水，但Pd能溶于王水生成溶液，同时生成气体，加入浓氨水调节溶液PH，钯转变为可溶性[Pd（NH₃）₄]²⁺，使铁全部沉淀，溶液中加入盐酸酸析得到沉淀，经过脱氨等一系列操作得当氯化钯．
（1）废钯催化剂经烘干后，再在800℃的高温下焙烧，碳和氧气反应生成二氧化碳，Pd被氧化生成PdO，然后向固体中加入甲酸，甲酸还原PdO生成Pd、CO₂和H₂O；
（2）依据反应物和产物，结合盐酸化合价变化分析电子守恒和原子守恒配平书写化学方程式；
（3）根据Pd回收率与反应温度、反应时间、钯精渣和王水的质量比的关系确定适宜条件；
（4）加浓氨水时，钯转变为可溶性[Pd（NH₃）₄]²⁺，碱性溶液中铁离子钡沉淀为氢氧化铁；
（5）流程分析，在700℃的高温下焙烧，Fe，有机物被氧气氧化生成氧化物，550℃焙烧2的目的是脱氨．

解答： 解：废钯催化剂经烘干后，再在700℃的高温下焙烧，Fe、Pd、有机物被氧气氧化生成氧化物，向氧化物中加入甲酸，甲酸和氧化铁反应生成盐和水，PdO和甲酸发生氧化还原反应生成Pd，滤渣中含有Pd、SiO₂，二氧化硅不溶于王水，但Pd能溶于王水生成溶液，同时生成气体，加入浓氨水调节溶液PH沉淀铁离子，得到溶液中中加入盐酸酸析得到沉淀Pd（NH₃）₂Cl₂ ，通过脱氨等一系列操作得当氯化钯．
（1）废钯催化剂中含有碳单质，碳和氧气反应生成二氧化碳，为了使碳充分燃烧，要通入过量空气；钯被氧气氧化生成PdO，PdO和HCOOH发生氧化还原反应生成Pd、CO₂和H₂O，反应方程式为PdO+HCOOH=Pd+CO₂↑+H₂O，
故答案为：使活性炭充分燃烧而除去；PdO+HCOOH=Pd+CO₂↑+H₂O；
（2）在反应中Pt元素的化合价变化为0→+4，1个Pt原子的变化数为4，N元素的化合价变化为+5→+2，1个N原子的变化数为3，则为保证化合价升降数相等，然后根据Pt原子个数相等，由N原子，Cl原子守恒，然后再根据原子守恒配氢和氧元素，得3Pt+4HNO₃+18HCl═3H₂PtCl₆+4NO↑+8H₂O，
故答案为：3Pt+4HNO₃+18HCl═3H₂PtCl₆+4NO↑+8H₂O；
（3）根据图象知，温度越高钯回收率越大，反应时间越长钯回收率越大，钯精渣与王水的质量比越大钯回收率越大，但90℃左右时温度再高钯回收率增大不大；8h后，随着时间的增长，钯回收率增大不大；当钯精渣与王水的质量比为1：8后，再增大钯精渣和王水的质量比，但钯回收率不大，所以适宜条件是80～90℃（或90℃左右）、反应时间约为8 h、钯精渣与王水的质量比为1：8，
故答案为：80～90℃（或90℃左右）；反应时间约为8h；钯精渣与王水的质量比为1：8；
（4）加浓氨水时，钯转变为可溶性[Pd（NH₃）₄]²⁺，碱性溶液中铁离子钡沉淀为氢氧化铁，故答案为：Fe（OH）₃；
（5）在700℃的高温下焙烧，C、Fe，有机物被氧气氧化生成氧化物，除去活性炭和有机物；550℃焙烧2的目的是脱氨将Pd（NH₃）₂Cl₂变化为PdCl₂，
故答案为：除去活性炭和有机物；脱氨将Pd（NH₃）₂Cl₂变化为PdCl₂．

点评：本题以Pd的提取为载体考查了工艺流程，涉及化学式的确定、氧化还原反应、图象分析等知识点，明确物质的性质是解本题关键，注意从整体上分析分析解答，知道每一步涉及的反应、物质分离的方法等知识点，结合元素守恒分析解答，题目难度中等．