Question

【题目】氧化材料具有高硬度、高强度、高韧性、极高的耐磨性及耐化学腐蚀性等优良的物化性能。以锆英石(主要成分为 ZrSiO4，含有少量Al2O3、SiO2、Fe2O3等杂质)为原料通过碱熔法制备氧化锆(ZrO2)的流程如下：

25℃时，有关离子在水溶液中沉淀时的pH数据：

	Fe(OH)3	Zr(OH)4	Al(OH)3
开始沉淀时pH	1.9	2.2	3.4
沉淀完全时pH	3.2	3.2	4.7

请回答下列问题：

(1)流程中旨在提高化学反应速率的措施有___________。

(2)操作I的名称是___________滤渣2的成分为___________。

(3)锆英石经“高温熔融”转化为Na2ZrO3，写出该反应的化学方程式：___________。

(4)“调节pH”时，合适的pH范围是___________。为了得到纯的ZrO2，Zr(OH)4需要洗涤，检验Zr(OH)4是否洗涤干净的方法是___________。

(5)写出“高温煅烧”过程的化学方程式___________。根据ZrO2的性质，推测其两种用途___________。

Answer 1

【答案】粉碎、高温 过滤 硅酸(H2SiO3或H4SiO4) ZrSiO4+4NaOHNa2ZrO3+Na2SiO3+2H2O 3.2<pH<3.4 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,否则未洗涤干净 Zr(OH)4ZrO2+2H2O 耐火材料、磨料等

【解析】

(1)从物质的存在状态、接触面积及反应温度分析影响反应速率的因素；(2)根据混合物成分的不同状态分析分离混合物的方法；结合锆英石的成分中哪些能反应，哪些不能反应，再结合它们的水溶性分析滤渣的成分；(3)根据图示反应物、已知生成物，结合元素守恒，就可得到相应的反应方程式；(4)用氨水调节溶液pH时，要使Zr4+形成Zr(OH)4沉淀，而杂质铝离子存在于溶液中；(5)结合反应物、生成物及反应条件，得到分解反应的方程式，并结合产生该物质的条件分析产物的性质，根据性质决定用途分析产物的用途，据此解答。

(1) 锆英石状态为固态，为提高反应速率，可以通过将矿石粉碎，以增大接触面积；或者通过加热升高反应温度的方法加快反应速率；

(2)操作I是分离难溶于水的固体与可溶性液体物质的方法，名称是过滤；

(3)将粉碎的锆英石与NaOH在高温下发生反应：ZrSiO4+4NaOHNa2ZrO3+Na2SiO3 +2H2O；Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O；SiO2+2NaOH=2Na2SiO3+H2O；Fe2O3是碱性氧化物，不能与碱发生反应，所以水浸后过滤进入滤渣1中，Na2ZrO3、Na2SiO3、NaAlO2能溶于水，水浸、过滤进入滤液1中；

(4)向滤液中加入足量盐酸，HCl会与Na2ZrO3、Na2SiO3、NaAlO2发生反应，生成NaCl、H2SiO3(或H4SiO4)、AlCl3、ZrCl4，其中H2SiO3(或H4SiO4)难溶于水，过滤时进入滤渣2中，其余进入滤液2中，因此滤渣2的成分为H2SiO3(或H4SiO4)；向滤液2中加入氨水，发生复分解反应，调节溶液的pH至大于Zr(OH)4，而低于开始形成Al(OH)3沉淀的pH，即3.2<pH<3.4，就可以形成Zr(OH)4沉淀，而Al元素仍以Al3+形式存在于溶液中；Zr(OH)4沉淀是从氨水和金属氯化物的混合液中过滤出来的，所以要检验Zr(OH)4是否洗涤干净的方法可通过检验洗涤液中是否含有Cl-离子判断，方法是取最后一次洗涤液，向其中滴加稀硝酸酸化，再滴加硝酸银溶液，若无沉淀生成，则Zr(OH)4洗涤干净，否则未洗涤干净；

(5)将Zr(OH)4沉淀过滤、洗涤，然后高温灼烧，发生分解反应：Zr(OH)4ZrO2+2H2O就得到ZrO2；由于ZrO2是高温分解产生的物质，说明ZrO2熔点高，微粒之间作用力强，物质的硬度大，因此根据ZrO2的这种性质，它可用作制耐火材料、磨料等。