Question

【题目】纳米二氧化锆(ZrO2)是制备特种陶瓷(china)最重要的原料之一。由锆英石(主要成分为ZrSiO4)制备二氧化锆的工艺流程如图所示：

（1）写出“碱熔”时主要反应的化学方程式__________________________________。

（2）“水洗”所产生的“废液”主要成分为NaOH 和__________（填化学式），试写此成分的一种用途________________________________。

（3）写出“酸分解”生成ZrO2+反应的离子方程式__________________________________。

（4）根据图（1）分析ZrO2+浓度对ZrO2粒径的影响_____________________________________。

（5）ZrO2+溶液中常含有Fe3+（浓度为0.03mol·L-l），一般用草酸络合处理净化。若未净化处理直接加入氨水调节溶液pH，能否使ZrO2+完全转化为纯净的ZrO(OH)2沉淀，试通过计算说明。已知ZrO2+完全沉淀时浓度为1.0×10 -5 mol·L-l ，ZrO(OH)2、Fe(OH)3的Ksp分别为4.0×10-26、8.0×10-38， ≈3.16。__________________________________________________。

（6）ZrO(OH)2煅烧制取纳米ZrO2时，升温速率与重量百分率之间的关系如图（2）所示。

煅烧时最佳升温速率为________________，理由是______________________。

Answer 1

【答案】 ZrSiO4+4NaOH==Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O NaSiO3 粘合剂（或防火剂等） Na2ZrO3+4H+==2Na++ZrO2++2H2O ZrO2+浓度越大ZrO2粒径越大 当ZrO2+完全沉淀时，由Ksp[ZrO(OH)2]=c(ZrO2+)×c2 (OH-)==1.0×10-5×c2(OH-)=4.0×10-26可知c(OH-)==6.32×10-11。Qc[Fe(OH)3]=(Fe3+)×c3(OH-)=0.03×(6.32×10-11)3=7.57×10-33>Ksp[Fe(OH)3]= 8.0×10-38，此时Fe3+已经沉淀。因此，无法通过调节溶液pH制得纯净的ZrO(OH) 5℃/min 在失重相同的情况下，升温速率快时，分解所需温度相对较高（其他合理答案均可，如在相同温度下，升温速率高时，失重百分率小）

【解析】（1）ZrSiO4与NaOH加热反应生成Na2ZrO3和Na2SiO3，反应的化学方程式ZrSiO4+4NaOH= ZrSiO4+Na2SiO3+2H2O，正确答案：ZrSiO4+4NaOH==Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O。

（2）反应后产生的水溶性物质为NaOH和NaSiO3，NaSiO3的主要用途可以做建筑材料的粘合剂（或防火剂等）；正确答案：NaSiO3；粘合剂（或防火剂等）。

（3）Na2ZrO3在酸性条件下分解为Na2ZrO，反应的离子方程式为Na2ZrO3+4H+==2Na++ZrO2++2H2O；正确答案：Na2ZrO3+4H+==2Na++ZrO2++2H2O。

（4）根据图（1）分析可知，ZrO2+浓度越大ZrO2粒径越大，正确答案：ZrO2+浓度越大ZrO2粒径越大。

（5）当ZrO2+完全沉淀时，由Ksp[ZrO(OH)2]=c(ZrO2+)×c2 (OH-)==1.0×10-5×c2(OH-)=4.0×10-26可知c(OH-)==6.32×10-11。Qc[Fe(OH)3]=(Fe3+)×c3(OH-)=0.03×(6.32×10-11)3=7.57×10-33>Ksp[Fe(OH)3]= 8.0×10-38，此时Fe3+已经沉淀。因此，无法通过调节溶液pH制得纯净的ZrO(OH) ；正确答案：不能制得纯净的ZrO(OH)。

6）通过图（2）分析可知，如在相同温度下，升温速率高时，失重百分率小，因此煅烧时最佳升温速率为5℃/min，正确答案：5℃/min； 在失重相同的情况下，升温速率快时，分解所需温度相对较高（其他合理答案均可，如在相同温度下，升温速率高时，失重百分率小）。