Question

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．我国有丰富锆英石（ZrSiO₄），含Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃等杂质，生产锆的流程之一如下：
方法二：氯腐法


（1）完成方法一高温熔融时的主要反应方程式ZrSiO₄ +4NaOH=Na₂ZrO₃ +

 

．
（2）方法一中为了提高浸出率可采取的方法有

 

、

 

（列举两种）；
（3）写出ZrOCl₂?8H₂O在900°C生成ZrO₂的反应方程式

 

；
（4）与方法一相比方法二的优点有

 

（列举一条）；
（5）关于二氧化锆纳米陶瓷和锆合金的说法不正确的是

 

；（单选）
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、福岛核电站的爆炸是由锆合金在高温下与水蒸气反应产生的氢气爆炸引起
（6）一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通丁烷；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．负极电极反应为

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质的分离、提纯的基本方法选择与应用

专题：实验设计题

分析：（1）由质量守恒定律可知，还生成硅酸钠；
（2）提高浸出率，可酸洗或延长水洗的时间等；
（3）ZrOCl₂?8H₂O在900℃生成ZrO₂的反应方程式由流程可知分解生成ZrO₂，H₂O；
（4）方法一的优点为时间短、流程及操作简单；
（5）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；
（6）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．

解答： 解：（1）由质量守恒定律可知，还生成硅酸钠，则该反应为ZrSiO₄ +4NaOH=Na₂ZrO₃+Na₂SiO₃，+2H₂O，故答案为：Na₂SiO₃，+2H₂O；
（2）提高浸出率，实现Na₂ZrO₃、Na₂SiO₃的分离，可酸洗或延长水洗的时间等，故答案为：酸洗；延长水洗的时间；
（3）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

900℃  .

ZrO₂+2HCl↑+7H₂O↑，
故答案为：ZrOCl₂?8H₂O

900℃  .

ZrO₂+2HCl↑+7H₂O↑；
（4）方法一的优点为时间短、流程及操作简单，故答案为：流程和操作简单；
（5）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；
（6）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，负极电极反应式为C₄H₁₀+13O^2--26e^-=4CO₂+5H₂O，故答案为：负；C₄H₁₀+13O^2--26e^-=4CO₂+5H₂O．

点评：本题考查了物质制备的流程，涉及混合物分离、提纯及化学方程式的方法、物质性质的应用、原电池反应原理的应用及电极反应书写，综合性较强，注意原电池电解质不是电解质溶液，题目难度中等．