Question

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

25℃時，有關離子在水溶液中沉淀時的pH數據：

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

請回答下列問題：

(1)流程中旨在提高化學反應速率的措施有___________。

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

(3)鋯英石經“高溫熔融”轉化為Na2ZrO3，寫出該反應的化學方程式：___________。

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

(5)寫出“高溫煅燒”過程的化學方程式___________。根據ZrO2的性質，推測其兩種用途___________。

Answer 1

【答案】粉碎、高溫 過濾 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)從物質的存在狀態、接觸面積及反應溫度分析影響反應速率的因素；(2)根據混合物成分的不同狀態分析分離混合物的方法；結合鋯英石的成分中哪些能反應，哪些不能反應，再結合它們的水溶性分析濾渣的成分；(3)根據圖示反應物、已知生成物，結合元素守恒，就可得到相應的反應方程式；(4)用氨水調節溶液pH時，要使Zr4+形成Zr(OH)4沉淀，而雜質鋁離子存在于溶液中；(5)結合反應物、生成物及反應條件，得到分解反應的方程式，并結合產生該物質的條件分析產物的性質，根據性質決定用途分析產物的用途，據此解答。

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

(2)操作I是分離難溶于水的固體與可溶性液體物質的方法，名稱是過濾；

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

(4)向濾液中加入足量鹽酸，HCl會與Na2ZrO3、Na2SiO3、NaAlO2發生反應，生成NaCl、H2SiO3(或H4SiO4)、AlCl3、ZrCl4，其中H2SiO3(或H4SiO4)難溶于水，過濾時進入濾渣2中，其余進入濾液2中，因此濾渣2的成分為H2SiO3(或H4SiO4)；向濾液2中加入氨水，發生復分解反應，調節溶液的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濾出來的，所以要檢驗Zr(OH)4是否洗滌干凈的方法可通過檢驗洗滌液中是否含有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沉淀過濾、洗滌，然后高溫灼燒，發生分解反應：Zr(OH)4ZrO2+2H2O就得到ZrO2；由于ZrO2是高溫分解產生的物質，說明ZrO2熔點高，微粒之間作用力強，物質的硬度大，因此根據ZrO2的這種性質，它可用作制耐火材料、磨料等。