Question

鋯產(chǎn)業(yè)是極有發(fā)展?jié)摿�及前景的新興產(chǎn)業(yè)，鋯（Zr）元素是核反應堆燃料棒的包裹材料，二氧化鋯（ZrO₂）可以制造耐高溫納米陶瓷。我國有豐富的鋯英石（ZrSiO₄），含Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)，生產(chǎn)鋯流程之一如下：   

試回答下列問題：
（1）寫出上述流程中高溫氣化的反應方程式（碳轉(zhuǎn)化成CO）：                    ；
（2）寫出ZrOCl₂?8H₂O在900℃生成ZrO₂的反應方程式                       ；
（3）關于二氧化鋯納米陶瓷和鋯合金的說法不正確的是         （單選）；

A．二氧化鋯納米陶瓷是新型無機非金屬材料

B．1納米=10－10米

C．鋯合金的硬度比純鋯要高

D．日本福島核電站的爆炸可能是由鋯合金在高溫下與水蒸氣反應產(chǎn)生的氫氣爆炸引起

（4）一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷；電解質(zhì)是摻雜氧化釔（Y₂O₃）的氧化鋯（ZrO₂）晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導O^2－。在熔融電解質(zhì)中，O^2－向     (填正負)極移動。電池正極電極反應為：                  ，負極電極反應為：                    。

Answer 1

（16分）
（1）4C+4Cl₂+ZrSiO₄ZrCl₄+SiCl₄+4CO（3分）
（2）ZrOCl₂?8H₂O ZrO₂+2HCl↑+7H₂O↑（3分）
（3）B （2分）
（4）負（2分）        O₂ +4e^－= 2O^2－（3分） 
C₄H₁₀ —26e^－+13O^2－=4CO₂ +5H₂O（3分）

試題分析：（1）依題意，ZrSiO₄、Cl₂、C在高溫下發(fā)生氧化還原反應，生成SiCl₄、ZrCl₄和CO，氯元素由0降為—1價，碳元素由0升為+2價，根據(jù)化合價升降總數(shù)相等、原子個數(shù)守恒，則該反應為ZrSiO₄+4Cl₂+4CSiCl₄+ZrCl₄+4CO；（2）ZrOCl₂?8H₂O在900℃下發(fā)生分解反應，生成ZrO₂、HCl、H₂O，該反應不涉及氧化還原反應，設反應物的系數(shù)為1，根據(jù)原子個數(shù)守恒可得：ZrOCl₂?8H₂OZrO₂+2HCl↑+7H₂O↑；（3）陶瓷是傳統(tǒng)無機非金屬材料，二氧化鋯納米陶瓷是新型陶瓷，故A正確；納米級二氧化鋯是化合物或純凈物，它分散到空氣或水中形成的分散系或混合物屬于膠體，故B不正確；合金的硬度一般比其成分金屬大，熔點比其成分金屬低，故C正確；鋯和鐵都是過渡金屬，鐵在高溫下與水蒸氣發(fā)生置換反應，放出氫氣，混有空氣的氫氣遇熱可能爆炸，由此類比推斷鋯合金具有類似的性質(zhì)，故D正確；（4）根據(jù)原電池原理，電子從負極出發(fā)經(jīng)過外電路流向正極，則內(nèi)電路中陰離子移向負極，陽離子移向正極，因此該熔融氧化物為電解質(zhì)的新型電池中氧離子移向負極；依題意，正極的主要反應物是氧氣，氧元素化合價由0降為—2價，1個氧原子得到2個電子，1個氧氣分子得到4個電子，則正極反應式為O₂ +4e^－= 2O^2－；負極的主要反應物和產(chǎn)物分別是甲烷和二氧化碳氣體，即C₄H₁₀→4CO₂；碳元素化合價總數(shù)由—10升為+16價，則1個丁烷分子失去26個電子，則C₄H₁₀—26e^－→4CO₂；左邊帶26個正電，右邊不帶電，根據(jù)熔融狀態(tài)下能傳導氧離子，因此用13個氧離子使左右電荷守恒，則C₄H₁₀—26e^－+13O^2－→4CO₂；左邊比右邊多10個H、5個O，根據(jù)原子個數(shù)守恒配平可得負極反應式：C₄H₁₀—26e^－+13O^2－=4CO₂+5H₂O。