Question

【題目】氧化材料具有高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、極高的耐磨性及耐化學(xué)腐蝕性等優(yōu)良的物化性能。以鋯英石(主要成分為 ZrSiO4，含有少量Al2O3、SiO2、Fe2O3等雜質(zhì))為原料通過(guò)堿熔法制備氧化鋯(ZrO2)的流程如下：

25℃時(shí)，有關(guān)離子在水溶液中沉淀時(shí)的pH數(shù)據(jù)：

	Fe(OH)3	Zr(OH)4	Al(OH)3
開始沉淀時(shí)pH	1.9	2.2	3.4
沉淀完全時(shí)pH	3.2	3.2	4.7

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

(1)流程中旨在提高化學(xué)反應(yīng)速率的措施有___________。

(2)操作I的名稱是___________濾渣2的成分為___________。

(3)鋯英石經(jīng)“高溫熔融”轉(zhuǎn)化為Na2ZrO3，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：___________。

(4)“調(diào)節(jié)pH”時(shí)，合適的pH范圍是___________。為了得到純的ZrO2，Zr(OH)4需要洗滌，檢驗(yàn)Zr(OH)4是否洗滌干凈的方法是___________。

(5)寫出“高溫煅燒”過(guò)程的化學(xué)方程式___________。根據(jù)ZrO2的性質(zhì)，推測(cè)其兩種用途___________。

Answer 1

【答案】粉碎、高溫 過(guò)濾 硅酸(H2SiO3或H4SiO4) ZrSiO4+4NaOHNa2ZrO3+Na2SiO3+2H2O 3.2<pH<3.4 取最后一次洗滌液，向其中滴加稀硝酸，再滴加硝酸銀溶液,若無(wú)沉淀生成，則Zr(OH)4洗滌干凈,否則未洗滌干凈 Zr(OH)4ZrO2+2H2O 耐火材料、磨料等

【解析】

(1)從物質(zhì)的存在狀態(tài)、接觸面積及反應(yīng)溫度分析影響反應(yīng)速率的因素；(2)根據(jù)混合物成分的不同狀態(tài)分析分離混合物的方法；結(jié)合鋯英石的成分中哪些能反應(yīng)，哪些不能反應(yīng)，再結(jié)合它們的水溶性分析濾渣的成分；(3)根據(jù)圖示反應(yīng)物、已知生成物，結(jié)合元素守恒，就可得到相應(yīng)的反應(yīng)方程式；(4)用氨水調(diào)節(jié)溶液pH時(shí)，要使Zr4+形成Zr(OH)4沉淀，而雜質(zhì)鋁離子存在于溶液中；(5)結(jié)合反應(yīng)物、生成物及反應(yīng)條件，得到分解反應(yīng)的方程式，并結(jié)合產(chǎn)生該物質(zhì)的條件分析產(chǎn)物的性質(zhì)，根據(jù)性質(zhì)決定用途分析產(chǎn)物的用途，據(jù)此解答。

(1) 鋯英石狀態(tài)為固態(tài)，為提高反應(yīng)速率，可以通過(guò)將礦石粉碎，以增大接觸面積；或者通過(guò)加熱升高反應(yīng)溫度的方法加快反應(yīng)速率；

(2)操作I是分離難溶于水的固體與可溶性液體物質(zhì)的方法，名稱是過(guò)濾；

(3)將粉碎的鋯英石與NaOH在高溫下發(fā)生反應(yīng)：ZrSiO4+4NaOHNa2ZrO3+Na2SiO3 +2H2O；Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O；SiO2+2NaOH=2Na2SiO3+H2O；Fe2O3是堿性氧化物，不能與堿發(fā)生反應(yīng)，所以水浸后過(guò)濾進(jìn)入濾渣1中，Na2ZrO3、Na2SiO3、NaAlO2能溶于水，水浸、過(guò)濾進(jìn)入濾液1中；

(4)向?yàn)V液中加入足量鹽酸，HCl會(huì)與Na2ZrO3、Na2SiO3、NaAlO2發(fā)生反應(yīng)，生成NaCl、H2SiO3(或H4SiO4)、AlCl3、ZrCl4，其中H2SiO3(或H4SiO4)難溶于水，過(guò)濾時(shí)進(jìn)入濾渣2中，其余進(jìn)入濾液2中，因此濾渣2的成分為H2SiO3(或H4SiO4)；向?yàn)V液2中加入氨水，發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，調(diào)節(jié)溶液的pH至大于Zr(OH)4，而低于開始形成Al(OH)3沉淀的pH，即3.2<pH<3.4，就可以形成Zr(OH)4沉淀，而Al元素仍以Al3+形式存在于溶液中；Zr(OH)4沉淀是從氨水和金屬氯化物的混合液中過(guò)濾出來(lái)的，所以要檢驗(yàn)Zr(OH)4是否洗滌干凈的方法可通過(guò)檢驗(yàn)洗滌液中是否含有Cl-離子判斷，方法是取最后一次洗滌液，向其中滴加稀硝酸酸化，再滴加硝酸銀溶液，若無(wú)沉淀生成，則Zr(OH)4洗滌干凈，否則未洗滌干凈；

(5)將Zr(OH)4沉淀過(guò)濾、洗滌，然后高溫灼燒，發(fā)生分解反應(yīng)：Zr(OH)4ZrO2+2H2O就得到ZrO2；由于ZrO2是高溫分解產(chǎn)生的物質(zhì)，說(shuō)明ZrO2熔點(diǎn)高，微粒之間作用力強(qiáng)，物質(zhì)的硬度大，因此根據(jù)ZrO2的這種性質(zhì)，它可用作制耐火材料、磨料等。