Question

【題目】ZrO2常用陶瓷材料，可由鋯英砂(主要成分為ZrSiO4, 也可表示為ZrO2SiO2還含少量FeCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2等雜質(zhì))通過如下方法制�。�

已知：①ZrSiO4能與燒堿反應(yīng)生成可溶于水的Na2ZrO3，Na2ZrO3與酸反應(yīng)生成ZrO2+；

②常溫下，Ksp[Fe(OH)3= 1×10-38，Ksp [(Al(OH)3= 1×10-32；pH=6.2時(shí)，ZrO2+開始沉淀．

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

(2)“除雜”過程中，加入雙氧水的目的是________________：此過程中為使濾液I中的雜質(zhì)離子沉淀完全而除去(當(dāng)離子濃度c≤1×10-5 molL-1時(shí)即為沉淀完全) ，室溫下加氪水調(diào)節(jié)pH范圍為____________________。

(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 nZr(OH)4。“調(diào) pH=8.0”時(shí)，所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_______________________；濾渣III制備ZrO2的方法是_____________。

Answer 1

【答案】ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O H2SiO3 將Fe2+氧化為Fe3+，以便轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀除去 5≤pH＜6.2 取最后一次洗滌液，向其中滴加稀硝酸，再滴加硝酸銀溶液，若無沉淀生成，則Zr(OH)4洗滌干凈 (n+1)ZrO2++2nCO32-+(3n-1)H2O=Zr(CO3)2nZr(OH)4↓+(2n-2)HCO3 - 高溫焙燒

【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，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、碳酸亞鐵、氧化鐵轉(zhuǎn)化為氯化亞鐵、氯化鐵，過濾分離，濾渣I為硅酸，濾液中含有ZrO2+、Fe2+、Fe3+、Al3+，Na+、Cl-等，加入過氧化氫氧化亞鐵離子，加氨水調(diào)節(jié)pH，使Fe3+、Al3+轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，過濾分離濾渣II為氫氧化鐵、氫氧化鋁，濾液中主要含有ZrO2+、NH4+、Cl-，Na+、Cl-等，再加氨水調(diào)節(jié)pH，使ZrO2+轉(zhuǎn)化為Zr(OH)4沉淀，過濾、洗滌、干燥得到Zr(OH)4，加熱分解即可得到ZrO2，以此解答該題。

(1)高溫下，ZrSiO4與NaOH反應(yīng)生成Na2SiO3和Na2ZrO3，其反應(yīng)的方程式為：ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O，加過量鹽酸酸浸，Na2SiO3與HCl生成硅酸沉淀，過濾，濾渣I為H2SiO3；

(2)“除雜”過程中，加入雙氧水的目的是將Fe2+氧化為Fe3+，以便轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀除去；加氪水調(diào)節(jié)pH的目的是使Al3+和Fe3+完全轉(zhuǎn)化為沉淀，但ZrO2+不沉淀，由Ksp[Fe(OH)3= 1×10-38，可知Fe3+完全沉淀時(shí)溶液中c(OH-)=mol/L=1×10-11 mol/L，此時(shí)溶液pH=3；Ksp [(Al(OH)3]= 1×10-32，可知Al3+完全沉淀時(shí)溶液中c(OH-)=mol/L=1×10-9 mol/L，此時(shí)溶液pH=5，再結(jié)合pH= 6.2時(shí)，ZrO2+ 開始沉淀，則調(diào)節(jié)pH范圍為5≤pH＜6.2；

(3) Zr(OH)4表面為附著Cl-等，檢驗(yàn)Zr(OH)4是否洗滌干凈的方法是：取最后一次洗滌液，向其中滴加稀硝酸，再滴加硝酸銀溶液，若無沉淀生成，則Zr(OH)4洗滌干凈；

(4) “調(diào)pH=8.0”時(shí)，反應(yīng)生成Zr(CO3)2nZr(OH)4，則所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為(n+1)ZrO2++2nCO32-+(3n-1)H2O=Zr(CO3)2nZr(OH)4↓+(2n-2)HCO3-；濾渣III為Zr(OH)4，高溫焙燒分解即可得到ZrO2。