Question

10．ZrO₂常用作陶瓷材料，可由锆英砂（主要成分为ZrSiO₄，也可表示为ZrO₂•SiO₂，还含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等杂质）通过如图方法制取．
已知：①ZrO₂能与烧碱反应生成可溶于水的Na₂ZrO₃，Na₂ZrO₃与酸反应生成ZrO²⁺．
②部分金属离子在实验条件下开始沉淀和完全沉淀的pH如表．

金属离子	Fe3+	Al3+	ZrO2+
开始沉淀时pH	1.9	3.3	6.2
沉淀完全时pH	3.2	5.2	8.0

（1）熔融时ZrSiO₄发生反应的化学方程式为ZrSiO₄+4NaOH $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+Na₂ZrO₃+2H₂O，滤渣I的化学式为H₂SiO₃．
（2）为使滤液I的杂质离子沉淀完全，需用氨水调pH=a，则a的范围是5.2～6.2；继续加氨水至pH=b时，所发生反应的离子方程式为ZrO²⁺+2NH₃•H₂O+H₂O=Zr（OH）₄↓+2NH₄⁺．
（3）向过滤Ⅲ所得滤液中加入CaCO₃粉末并加热，得到两种气体．该反应的离子方程式为2NH₄⁺+CaCO₃=Ca²⁺+2NH₃↑+CO₂↑+H₂O．
（4）为得到纯净的ZrO₂，Zr（OH）₄需要洗涤，检验Zr（OH）₄是否洗涤干净的方法是取最后一次洗涤液，向其中滴加稀硝酸，再滴加硝酸银溶液，若无沉淀生成，则Zr（OH）₄洗涤干净．

Answer 1

分析 锆英砂（主要成分为ZrSiO₄，也可表示为ZrO₂•SiO₂，还含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等杂质）加NaOH熔融，ZrSiO₄转化为Na₂SiO₃和Na₂ZrO₃，加过量盐酸酸浸，Na₂SiO₃与HCl生成硅酸沉淀，滤液中含有ZrO²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，加氨水调节pH为5.2～6.2，使Fe³⁺、Al³⁺转化为氢氧化物沉淀，过滤，滤液中主要含有ZrO²⁺，再加氨水调节pH使ZrO²⁺转化为Zr（OH）₄沉淀，过滤、洗涤，得到Zr（OH）₄，加热分解，即可得到ZrO₂；
（1）高温下，ZrSiO₄与NaOH反应生成Na₂SiO₃和Na₂ZrO₃；
（2）需用氨水调pH=a，使Fe³⁺、Al³⁺转化为氢氧化物沉淀，而ZrO²⁺不能沉淀，根据表中数据判断；加氨水至pH=b时，ZrO²⁺与NH₃•H₂O反应生成Zr（OH）₄沉淀；
（3）过滤Ⅲ所得滤液中主要含有铵根离子，溶液显酸性，加入CaCO₃粉末并加热得到氨气和二氧化碳；
（4）沉淀上附着的杂质为氯离子，检验洗液中是否含有氯离子即可．

解答 锆英砂（主要成分为ZrSiO₄，也可表示为ZrO₂•SiO₂，还含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等杂质）加NaOH熔融，ZrSiO₄转化为Na₂SiO₃和Na₂ZrO₃，加过量盐酸酸浸，Na₂SiO₃与HCl生成硅酸沉淀，滤液中含有ZrO²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，加氨水调节pH为5.2～6.2，使Fe³⁺、Al³⁺转化为氢氧化物沉淀，过滤，滤液中主要含有ZrO²⁺，再加氨水调节pH使ZrO²⁺转化为Zr（OH）₄沉淀，过滤、洗涤，得到Zr（OH）₄，加热分解，即可得到ZrO₂；
（1）高温下，ZrSiO₄与NaOH反应生成Na₂SiO₃和Na₂ZrO₃，其反应的方程式为：ZrSiO₄+4NaOH $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+Na₂ZrO₃+2H₂O；加过量盐酸酸浸，Na₂SiO₃与HCl生成硅酸沉淀，过滤，滤渣为H₂SiO₃；
故答案为：ZrSiO₄+4NaOH $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂SiO₃+Na₂ZrO₃+2H₂O；H₂SiO₃；
（2）需用氨水调pH=a，使Fe³⁺、Al³⁺转化为氢氧化物沉淀，而ZrO²⁺不能沉淀，根据表中数据可知：pH在5.2～6.2时Fe³⁺、Al³⁺完全沉淀，而ZrO²⁺不沉淀；加氨水至pH=b时，ZrO²⁺与NH₃•H₂O反应生成Zr（OH）₄沉淀，其反应的离子方程式为：ZrO²⁺+2NH₃•H₂O+H₂O=Zr（OH）₄↓+2NH₄⁺；
故答案为：5.2～6.2；ZrO²⁺+2NH₃•H₂O+H₂O=Zr（OH）₄↓+2NH₄⁺；
（3）过滤Ⅲ所得滤液中主要含有铵根离子，溶液显酸性，加入CaCO₃粉末并加热得到氨气和二氧化碳，其反应的离子方程式为：2NH₄⁺+CaCO₃=Ca²⁺+2NH₃↑+CO₂↑+H₂O；
故答案为：2NH₄⁺+CaCO₃=Ca²⁺+2NH₃↑+CO₂↑+H₂O；
（4）沉淀上附着的杂质为氯离子，用稀硝酸和硝酸银来检验洗液中是否含有氯离子即可，其操作为：取最后一次洗涤液，向其中滴加稀硝酸，再滴加硝酸银溶液，若无沉淀生成，则Zr（OH）₄洗涤干净；
故答案为：取最后一次洗涤液，向其中滴加稀硝酸，再滴加硝酸银溶液，若无沉淀生成，则Zr（OH）₄洗涤干净．

点评 本题考查了物质分离提纯的方法和流程分析应用，题目涉及流程的分析应用、离子方程式的书写、除杂质、基本实验操作等，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，解答该类题目，注意把握实验原理和操作流程的目的，主要是物质性质的理解，题目难度中等．