Question

【題目】ZrO2常用作陶瓷材料，可由鋯英砂(主要成分為 ZrSiO4，還含少量FeCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2等雜質(zhì))通過如下流程制取。

已知：① ZrSiO4能與燒堿反應(yīng)生成Na2ZrO3和Na2SiO3，Na2ZrO3與酸反應(yīng)生成ZrO2+。

②部分金屬離子在實(shí)驗(yàn)條件下開始沉淀和完全沉淀的pH如下表。

金屬離子	Fe3+	Al3+	ZrO2+
開始沉淀pH	1.9	3.3	6.2
沉淀完全pH	3.0	5.2	8.0

(1)“熔融”過程中，ZrSiO4發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是_________________，濾渣I的化學(xué)式為______________________。

(2)“氧化”過程中，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是_________________________________，調(diào)“pH=a”時(shí)，a的范圍是_________________________________。

(3)為得到純凈的ZrO2，濾渣III要用水洗，檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈的方法是_____________________。

(4)濾渣Ⅲ的成分是Zr(CO3)2·xZr(OH)4。取干燥后的濾渣Ⅲ 37.0g，煅燒后可得到24.6gZrO2。則x等于______________________；“調(diào)pH=8.0”時(shí)，所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______

Answer 1

【答案】ZrSiO4＋4NaOHNa2ZrO3＋Na2SiO3＋2H2O H2SiO3 2Fe2＋＋H2O2＋2H＋＝2Fe3＋＋2H2O 5.2≤a＜6.2 取少許最后一次洗滌液于試管中，加入硝酸酸化的AgNO3溶液，若無白色沉淀，說明已洗凈 1 2ZrO2＋＋2CO32－＋2H2O＝Zr(CO3)2·Zr(OH)4↓

【解析】

鋯英砂主要成分為 ZrSiO4，還含少量FeCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2等雜質(zhì)，加NaOH熔融，ZrSiO4轉(zhuǎn)化為Na2SiO3和Na2ZrO3，氧化鋁轉(zhuǎn)化為NaAlO2，SiO2轉(zhuǎn)化為Na2SiO3，F(xiàn)eCO3、Fe2O3不反應(yīng)，再加過量鹽酸酸浸，Na2ZrO3與酸反應(yīng)生成ZrO2＋，Na2SiO3與HCl生成硅酸沉淀，偏鋁酸鈉轉(zhuǎn)化為氯化鋁、氧化鐵轉(zhuǎn)化為氯化鐵，FeCO3轉(zhuǎn)化Fe2＋，濾液中含有ZrO2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋，Na＋、Cl－等，加雙氧水，將Fe2＋氧化為Fe3＋，加氨水調(diào)節(jié)pH為5.2～6.2，使Fe3＋、Al3＋轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，過濾，濾液中主要含有ZrO2＋等，再加碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)pH=8.0，使ZrO2＋轉(zhuǎn)化為Zr(CO3)2·xZr(OH)4沉淀，過濾、洗滌、干燥得到Zr(CO3)2·xZr(OH)4，加熱分解即可得到ZrO2。

根據(jù)方程式計(jì)算濾渣的組成。

(1)“熔融”過程中，加NaOH熔融，ZrSiO4轉(zhuǎn)化為Na2SiO3和Na2ZrO3，ZrSiO4發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是：ZrSiO4＋4NaOHNa2ZrO3＋Na2SiO3＋2H2O ；

加過量鹽酸酸浸，Na2ZrO3與酸反應(yīng)生成ZrO2＋，Na2SiO3與HCl生成硅酸沉淀，濾渣I的化學(xué)式為： H2SiO3；

（2）加雙氧水，將Fe2＋氧化為Fe3＋，加氨水調(diào)節(jié)pH為5.2～6.2，使Fe3＋、Al3＋轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，而ZrO2+不沉淀，“氧化”過程中，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是2Fe2＋＋H2O2＋2H＋＝2Fe3＋＋2H2O，調(diào)“pH=a”時(shí)，a的范圍是 5.2≤a＜6.2；

（3）為得到純凈的ZrO2，濾渣III要用水洗，濾渣III中可能含有氯離子，檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈的方法是：取少許最后一次洗滌液于試管中，加入硝酸酸化的AgNO3溶液，若無白色沉淀，說明已洗凈；

（4）根據(jù)方程式：

Zr(CO3)2·xZr(OH)4（x+1）ZrO2+2CO2↑＋2xH2O

211+159x 123（x+1）

37.0g 24.6g

x=1

“調(diào)pH=8.0”時(shí)，所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2ZrO2＋＋2CO32－＋2H2O＝Zr(CO3)2·Zr(OH)4↓。