Question

【题目】ZrO2常用陶瓷材料，可由锆英砂(主要成分为ZrSiO4, 也可表示为ZrO2SiO2还含少量FeCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质)通过如下方法制取：

已知：①ZrSiO4能与烧碱反应生成可溶于水的Na2ZrO3，Na2ZrO3与酸反应生成ZrO2+；

②常温下，Ksp[Fe(OH)3= 1×10-38，Ksp [(Al(OH)3= 1×10-32；pH=6.2时，ZrO2+开始沉淀．

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

(2)“除杂”过程中，加入双氧水的目的是________________：此过程中为使滤液I中的杂质离子沉淀完全而除去(当离子浓度c≤1×10-5 molL-1时即为沉淀完全) ，室温下加氪水调节pH范围为____________________。

(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 nZr(OH)4。“调 pH=8.0”时，所发生反应的离子方程式为_______________________；滤渣III制备ZrO2的方法是_____________。

Answer 1

【答案】ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O H2SiO3 将Fe2+氧化为Fe3+，以便转化为Fe(OH)3沉淀除去 5≤pH＜6.2 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 (n+1)ZrO2++2nCO32-+(3n-1)H2O=Zr(CO3)2nZr(OH)4↓+(2n-2)HCO3 - 高温焙烧

【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，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、碳酸亚铁、氧化铁转化为氯化亚铁、氯化铁，过滤分离，滤渣I为硅酸，滤液中含有ZrO2+、Fe2+、Fe3+、Al3+，Na+、Cl-等，加入过氧化氢氧化亚铁离子，加氨水调节pH，使Fe3+、Al3+转化为氢氧化物沉淀，过滤分离滤渣II为氢氧化铁、氢氧化铝，滤液中主要含有ZrO2+、NH4+、Cl-，Na+、Cl-等，再加氨水调节pH，使ZrO2+转化为Zr(OH)4沉淀，过滤、洗涤、干燥得到Zr(OH)4，加热分解即可得到ZrO2，以此解答该题。

(1)高温下，ZrSiO4与NaOH反应生成Na2SiO3和Na2ZrO3，其反应的方程式为：ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O，加过量盐酸酸浸，Na2SiO3与HCl生成硅酸沉淀，过滤，滤渣I为H2SiO3；

(2)“除杂”过程中，加入双氧水的目的是将Fe2+氧化为Fe3+，以便转化为Fe(OH)3沉淀除去；加氪水调节pH的目的是使Al3+和Fe3+完全转化为沉淀，但ZrO2+不沉淀，由Ksp[Fe(OH)3= 1×10-38，可知Fe3+完全沉淀时溶液中c(OH-)=mol/L=1×10-11 mol/L，此时溶液pH=3；Ksp [(Al(OH)3]= 1×10-32，可知Al3+完全沉淀时溶液中c(OH-)=mol/L=1×10-9 mol/L，此时溶液pH=5，再结合pH= 6.2时，ZrO2+ 开始沉淀，则调节pH范围为5≤pH＜6.2；

(3) Zr(OH)4表面为附着Cl-等，检验Zr(OH)4是否洗涤干净的方法是：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；

(4) “调pH=8.0”时，反应生成Zr(CO3)2nZr(OH)4，则所发生反应的离子方程式为(n+1)ZrO2++2nCO32-+(3n-1)H2O=Zr(CO3)2nZr(OH)4↓+(2n-2)HCO3-；滤渣III为Zr(OH)4，高温焙烧分解即可得到ZrO2。