题目内容

【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:①ZrSiO4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。

(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取干操后的滤渣Ⅲ 37.0g,煅烧后可得到24.6 g ZrO2则x等于____________________,“调pH=8.0”时,所发生反应的离子方程式为________ 。

【答案】ZrSiO4+4NaOH=Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O H2SiO3 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 5.2≤a<6.2 取最后一次洗涤液于试管中,加入硝酸酸化的AgNO3溶液,若无白色沉淀产生说明已洗干净 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,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)由题给信息知, ZrSiO4与NaOH反应生成Na2SiO3和Na2ZrO3,其反应的方程式为:ZrSiO4+4NaOH=Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O,加过量盐酸酸浸,Na2SiO3与HCl生成硅酸沉淀,过滤,滤渣I为H2SiO3,故答案为:ZrSiO4+4NaOH=Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O;H2SiO3;

(2)“氧化”过程中,双氧水在酸性条件下将Fe2+氧化为Fe3+,反应的离子方程式是2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O,调节pH,可使铁离子和铝离子完全沉淀,但要避免生成Zr(OH)4,由表中数据可知pH的范围为5.26.2,故答案为:2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O;5.2≤a<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:取最后一次洗涤液于试管中,加入硝酸酸化的AgNO3溶液,若无白色沉淀产生说明已洗干净,故答案为:取最后一次洗涤液于试管中,加入硝酸酸化的AgNO3溶液,若无白色沉淀产生说明已洗干净;

(4)滤渣Ⅲ的成分是Zr(CO3)2xZr(OH)4,取干操后的滤渣Ⅲ37.0g,煅烧后可得到24.6gZrO2,则 ,x=1,“调pH=8.0”时,反应生成Zr(CO3)2·Zr(OH)4,则所发生反应的离子方程式为:2ZrO2++2CO32-+2H2O=Zr(CO3)2·Zr(OH)4↓,故答案为1;2ZrO2++2CO32-+2H2O=Zr(CO3)2·Zr(OH)4↓。

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