Question

【题目】锆及其化合物作为新材料，具有相当重要的意义。氧氯化锆(ZrOCl2)是制备锆系列材料的一种重要中间产品，用锆英砂(主要成分ZrSiO4)制备水合氧氯化锆有多种方法，目前使用较多的是“一酸一碱法”，其主要流程如图：

已知：①Na2ZrO3在强碱性的介质中不溶解或水解；②硅酸和原硅酸都具有吸附性。

回答下列问题：

(1)“碱烧”过程中生成“碱熔料”的化学方程式为___。

(2)“水洗压滤”工艺可以将30~70%的硅除去，如图表示的是各种工艺变化对水洗除硅率的影响，则为了提高除硅率应采取的措施是___(任意回答两条即可)。

(3)硅的去除还有一部分是通过上述流程中的___工艺实现的，这一部分硅转化成的物质是___(填化学式)。

(4)水洗压滤的主要目的是除硅，则转型压滤的主要目的是除去___，转型压滤过程中生成ZrO(OH)2的离子方程式为___。

(5)操作M包括___、过滤、洗涤、干燥；上述工艺若不加改进，锆的损失会比较大，为了减少锆的损失，应该改进的措施是___。

(6)称取3.220g产品(水合氧氯化锆)，溶于盐酸配制成1000mL溶液，取25mL于锥形瓶中，加热至90℃以上，并滴入2滴二甲酚橙指示剂，趁热用0.0125molL-1EDTA标准溶液滴定，当溶液由红色变为黄色且半分钟不褪色时，消耗EDTA溶液20mL。计算水合氧氯化锆的化学式为___(EDTA与ZrO2+在上述条件下以1：1比例反应)。

Answer 1

【答案】ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O(或ZrSiO4+6NaOHNa4SiO4+Na2ZrO3+3H2O) 水料比在3：1～4：1之间均可；混合后立即搅拌；搅拌时间30～60分钟均可 “转型压滤”和“酸化压滤” H2SiO3(或H4SiO4) 钠(或Na+或氯化钠) Na2ZrO3+2H+=2Na++ZrO(OH)2 蒸发浓缩、冷却结晶 将滤渣洗涤，并将洗涤液并入母液中，重复操作M ZrOCl2·8H2O

【解析】

锆英砂（主要成分为ZrSiO4，也可表示为ZrO2SiO2）加NaOH熔融，二氧化硅反应转化为硅酸钠，发生反应为ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O(或ZrSiO4+6NaOHNa4SiO4+Na2ZrO3+3H2O)，ZrSiO4转化为Na2SiO3(或Na4SiO4)和Na2ZrO3，结合已知信息①Na2ZrO3在强碱性的介质中不溶解或水解，再将碱烧后的Na2SiO3和Na2ZrO3水洗将Na2SiO3(或Na4SiO4)转化为H2SiO3(或H4SiO4)除去，再用盐酸进行转型压滤，将未除尽的Na2SiO3(或Na4SiO4)转化为H2SiO3(或H4SiO4)除去，同时酸性条件下Na2ZrO3转化为ZrO(OH)2沉淀，过滤后得到滤液2中主要为氯化钠，发生反应为Na2ZrO3+2H+=2Na++ZrO(OH)2；再加入盐酸进行酸化压滤，ZrO(OH)2与盐酸反应转化为ZrOCl2，经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥制得水合氧氯化锆，据此分析解答。

(1)根据分析，“碱烧”过程中生成“碱熔料”的化学方程式为ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O(或ZrSiO4+6NaOHNa4SiO4+Na2ZrO3+3H2O)；

(2)“水洗压滤”工艺可以将30~70%的硅除去，根据图示各种工艺变化对水洗除硅率的影响，当水料比在3：1～4：1之间、混合后立即搅拌、搅拌时间30～60分钟，可使除硅率最高，则为了提高除硅率应采取的措施是水料比在3：1～4：1之间均可；混合后立即搅拌；搅拌时间30～60分钟均可；

(3)根据分析，硅的去除还有一部分是通过上述流程中的“转型压滤”和“酸化压滤”工艺实现的，这一部分硅转化成的物质是H2SiO3(或H4SiO4)；

(4)根据分析，水洗压滤的主要目的是除硅，则转型压滤的主要目的是除去钠或Na+或氯化钠，转型压滤过程中生成ZrO(OH)2的离子方程式为Na2ZrO3+2H+=2Na++ZrO(OH)2；

(5)操作M包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；上述工艺若不加改进，锆的损失会比较大，为了减少锆的损失，应该改进的措施是将滤渣洗涤，并将洗涤液并入母液中，重复操作M；

(6)根据题意，25mL产品溶液消耗EDTA标准溶液的物质的量为0.02L×0.0125molL-1=0.00025mol，由于EDTA与ZrO2+在上述条件下以1：1比例反应，则ZrO2+的物质的量为0.00025mol，则3.220产品(水合氧氯化锆)中水合氧氯化锆的物质的量=0.00025mol×=0.01mol，氧氯化锆的物质的量也为0.01mol，因此所含结晶水的质量=3.22g-0.01mol×178g/mol=1.44g，则水的物质的量为0.08mol，则氧氯化锆与水的物质的量的物质的量之比=0.01mol:0.08mol=1:8，则水合氧氯化锆的化学式为ZrOCl2·8H2O。