Question

锆（Zr）主要用于核反应堆燃料棒的包层，这是因为含有1.5%Sn的锆合金具有在辐射下稳定的抗腐蚀性和机械性．以斜锆石（ZrO₂）生产金属锆的生产过程示意图如下：

（1）写出斜锆石转化为四氯化锆的化学反应方程式：

 

（2）已知：
①Mg（l）+Cl₂（g）=MgCl₂（s）；△H=akJ?mol^-1
②Zr（s）+2Cl₂（g）=ZrCl₄（g）；△H=bkJ?mol^-1
则2Mg（l）+ZrCl₄（g）=2MgCl₂（s）+Zr（s）；△H=

 

该反应在Ar气氛中进行的理由是

 

．
（3）ZrCl₄是白色固体，在潮湿的空气中“冒烟”．这是因为ZrCl₄易发生

 

反应，生成了

 

．
（4）2011年3月发生的日本福岛核电站爆炸，其原因是锆在高温下与水蒸气反应产生大量氢气，同时伴随着放热，最后氢气与空气混合发生爆炸．所发生的置换反应的化学方程式是

 

．
（5）-种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入甲烷；电解质是掺杂氧化钇（Y₂O₃）的氧化锆（ZrO₂）晶体，在熔融状态下能传导0^2-在熔融电解质中，O^2-向

 

 （填正、负）极移动．电池正极的电极反应式为

 

，负极的电极反应式为

 

．

Answer 1

分析：（1）根据流程信息，知道斜锆石在高温下，可以和焦炭以及氯气反应得到四氯化锆；
（2）根据盖斯定律来计算化学反应的焓变，并根据氩气的化学性质稳定，结合金属的化学性质来回答；
（3）根据ZrCl₄易发生水解，且氯化氢极易吸收空气中的水蒸汽而出现白雾来回答；
（4）根据信息：锆在高温下与水蒸气反应产生大量氢气，结合置换反应的概念以及原子守恒来书写方程式；
（5）甲烷具有还原性，为原电池的负极，被氧化，电极反应式为CH₄-8e^-+4O^2-═CO₂+2H₂O，通入空气的一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O₂+4e^-=2O^2-，总反应式为CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O，以此解答该题，注意电解质和离子的定向移动方向；

解答：解：（1）根据流程信息知道斜锆石在高温下，可以和焦炭以及氯气反应得到四氯化锆，发生的化学反应方程式为：ZrO₂+2C+2Cl₂ 

900℃  .

ZrCl₄+2CO，
故答案为：ZrO₂+2C+2Cl₂ 

900℃  .

ZrCl₄+2CO；
（2）已知：
①Mg（l）+Cl₂（g）=MgCl₂（s）；△H=akJ?mol^-1
②Zr（s）+2Cl₂（g）=ZrCl₄（g）；△H=bkJ?mol^-1
则反应2Mg（l）+ZrCl₄（g）=2MgCl₂（s）+Zr（s）可以通过2×①-②得到，根据盖斯定律，该化学反应的焓变为（2a-b）kJ/mol，该反应在Ar气氛中进行，这样可以防止金属和空气中的成分之间发生化学反应，故答案为：（2a-b） kJ/mol；防止金属在高温下与空气中的O₂、CO₂、N₂反应；
（3）ZrCl₄在潮湿的空气易发生水解反应，生成的氯化氢易形成盐酸液滴而导致的，故答案为：水解；盐酸酸雾；
（4）锆在高温下与水蒸气反应产生大量氢气，根据置换反应的概念，还会生成一种化合物，根据元素守恒，知道该化合物是ZrO₂，即Zr+2H₂O

高温  .

ZrO₂+2H₂，
故答案为：Zr+2H₂O

高温  .

ZrO₂+2H₂；
（5）甲烷具有还原性，为原电池的负极，被氧化，电极反应式为CH₄-8e^-+4O^2-═CO₂+2H₂O，通入空气的一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O₂+4e^-=2O^2-，在原电池中，电解质里的阴离子移向负极，故答案为：负；O₂+4e^-═2O^2-；CH₄-8e^-+4O^2-═CO₂+2H₂O．

点评：本题考查了物质制备的流程分析产物判断，化学方程式的分析书写方法，物质性质的中和应用，原电池反应原理的应用，电极反应书写，题目难度中等．