题目内容

锆产业是极有发展潜力及前景的新兴产业，锆（Zr）元素是核反应堆燃料棒的包裹材料，二氧化锆（ZrO₂）可以制造耐高温纳米陶瓷．我国有丰富的锆英石（ZrSiO₄），含Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃等杂质，生产锆的流程之一如下：

（1）写出上述流程中高温气化的反应方程式（碳转化成CO）：
（2）写出ZrOCl₂?8H₂O在900℃生成ZrO₂的反应方程式
（3）关于二氧化锆纳米陶瓷和锆合金的说法不正确的是
A．二氧化锆纳米陶瓷是新型无机非金属材料　　　　　 B．1纳米=10^-10米　　　　　　C．锆合金的硬度比纯锆要高
D．日本福岛核电站的爆炸可能是由锆合金在高温下与水蒸气反应产生的氢气爆炸引起
（4）一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷；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O^2-．在熔融电解质中，O^2-向（填正负）极移动．电池正极电极反应为：，负极电极反应为：．

解：（1）高温气化锆英主要成分为ZrSiO₄，石加入氯气和碳，碳转化为一氧化碳，所以反应生成ZrCl₄、SiCl₄、CO；依据原子守恒配平书写化学方程式为：4C+4Cl₂+ZrSiO₄ $\text{[math]}$ ZrCl₄+SiCl₄+4CO，故答案为：4C+4Cl₂+ZrSiO₄ $\text{[math]}$ ZrCl₄+SiCl₄+4CO；
（2）ZrOCl₂?8H₂O在900℃生成ZrO₂的反应方程式由流程可知分解生成ZrO₂，H₂O，由原子守恒可知产物中还有HCl，反应的化学方程式为ZrOCl₂?8H₂O $\text{[math]}$ ZrO₂+2HCl↑+7H₂O↑，
故答案为：ZrOCl₂?8H₂O $\text{[math]}$ ZrO₂+2HCl↑+7H₂O↑；
（3）A．二氧化锆纳米陶瓷是无机非金属形成的材料，是新型无机非金属材料，故A正确；
B．1纳米=10^-9米，故B错误；
C．合金硬度、强于各成分，熔点低于各成分，锆合金的硬度比纯锆要高，故C正确；
D．日本福岛核电站的爆炸可能是由锆合金在高温下与水蒸气反应产生的氢气爆炸引起，故D正确；
故答案为：B；
（4）原电池中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，通入丁烷一极是负极，由于电解质为非水物质，则电解质中不存在OH^-离子，正确的电极反应式为C₄H₁₀+13O^2--26e^-=4CO₂+5H₂O；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-，故答案为：负；O₂+4e^-=2O^2-；C₄H₁₀+26e^-+13O^2-=4CO₂+5H₂O．
分析：（1）流程分析结合构成转化关系和产物写出化学方程式；
（2）依据流程产物结合原子守恒判断产物写出化学方程式；
（3）A、二氧化锆纳米陶瓷是新型无机非金属材料；
B、1纳米=10^-9米；
C、合金熔点低于各成分，硬度和强度大于各成分；
D、锆合金在高温下与水蒸气反应产生的氢气；
（4）丁烷具有还原性，为原电池的负极，被氧化，电极反应式为C₄H₁₀+13O^2--26e^-=4CO₂+5H₂O，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2C₄H₁₀+13O₂→8CO₂+10H₂O，以此解答该题，注意电解质和离子的定向移动方向．
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，注意原电池电解质不是电解质溶液，题目难度中等．