Question

【题目】ZrO2常用作陶瓷材料，可由锆英砂(主要成分为 ZrSiO4，还含少量FeCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质)通过如下流程制取。

已知：① ZrSiO4能与烧碱反应生成Na2ZrO3和Na2SiO3，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如下表。

金属离子	Fe3+	Al3+	ZrO2+
开始沉淀pH	1.9	3.3	6.2
沉淀完全pH	3.0	5.2	8.0

(1)“熔融”过程中，ZrSiO4发生反应的化学方程式是_________________，滤渣I的化学式为______________________。

(2)“氧化”过程中，发生反应的离子方程式是_________________________________，调“pH=a”时，a的范围是_________________________________。

(3)为得到纯净的ZrO2，滤渣III要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是_____________________。

(4)滤渣Ⅲ的成分是Zr(CO3)2·xZr(OH)4。取干燥后的滤渣Ⅲ 37.0g，煅烧后可得到24.6gZrO2。则x等于______________________；“调pH=8.0”时，所发生反应的离子方程式为_______

Answer 1

【答案】ZrSiO4＋4NaOHNa2ZrO3＋Na2SiO3＋2H2O H2SiO3 2Fe2＋＋H2O2＋2H＋＝2Fe3＋＋2H2O 5.2≤a＜6.2 取少许最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸酸化的AgNO3溶液，若无白色沉淀，说明已洗净 1 2ZrO2＋＋2CO32－＋2H2O＝Zr(CO3)2·Zr(OH)4↓

【解析】

锆英砂主要成分为 ZrSiO4，还含少量FeCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质，加NaOH熔融，ZrSiO4转化为Na2SiO3和Na2ZrO3，氧化铝转化为NaAlO2，SiO2转化为Na2SiO3，FeCO3、Fe2O3不反应，再加过量盐酸酸浸，Na2ZrO3与酸反应生成ZrO2＋，Na2SiO3与HCl生成硅酸沉淀，偏铝酸钠转化为氯化铝、氧化铁转化为氯化铁，FeCO3转化Fe2＋，滤液中含有ZrO2＋、Fe2＋、Fe3＋、Al3＋，Na＋、Cl－等，加双氧水，将Fe2＋氧化为Fe3＋，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＋等，再加碳酸钠溶液调节pH=8.0，使ZrO2＋转化为Zr(CO3)2·xZr(OH)4沉淀，过滤、洗涤、干燥得到Zr(CO3)2·xZr(OH)4，加热分解即可得到ZrO2。

根据方程式计算滤渣的组成。

(1)“熔融”过程中，加NaOH熔融，ZrSiO4转化为Na2SiO3和Na2ZrO3，ZrSiO4发生反应的化学方程式是：ZrSiO4＋4NaOHNa2ZrO3＋Na2SiO3＋2H2O ；

加过量盐酸酸浸，Na2ZrO3与酸反应生成ZrO2＋，Na2SiO3与HCl生成硅酸沉淀，滤渣I的化学式为： H2SiO3；

（2）加双氧水，将Fe2＋氧化为Fe3＋，加氨水调节pH为5.2～6.2，使Fe3＋、Al3＋转化为氢氧化物沉淀，而ZrO2+不沉淀，“氧化”过程中，发生反应的离子方程式是2Fe2＋＋H2O2＋2H＋＝2Fe3＋＋2H2O，调“pH=a”时，a的范围是 5.2≤a＜6.2；

（3）为得到纯净的ZrO2，滤渣III要用水洗，滤渣III中可能含有氯离子，检验沉淀是否洗涤干净的方法是：取少许最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸酸化的AgNO3溶液，若无白色沉淀，说明已洗净；

（4）根据方程式：

Zr(CO3)2·xZr(OH)4（x+1）ZrO2+2CO2↑＋2xH2O

211+159x 123（x+1）

37.0g 24.6g

x=1

“调pH=8.0”时，所发生反应的离子方程式为2ZrO2＋＋2CO32－＋2H2O＝Zr(CO3)2·Zr(OH)4↓。