Question

【題目】ZrO2常用作陶瓷材料，可由鋯英砂(主要成分為ZrSiO4，也可表示為ZrO2·SiO2，還含有少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等雜質)通過如下方法制取。

已知：①ZrO2能與燒堿反應生成可溶于水的Na2ZrO3，Na2ZrO3與酸反應生成ZrO2＋。

②部分金屬離子在實驗條件下開始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示。

金屬離子	Fe3＋	Al3＋	ZrO2＋
開始沉淀時pH	1.9	3.3	6.2
沉淀完全時pH	3.2	5.2	8.0

(1)“熔融”時ZrSiO4發生反應的化學方程式為________________________________。

(2)“濾渣Ⅰ”的化學式為________________。

(3)為使濾液Ⅰ中的雜質離子沉淀完全，需用氨水調pH＝a，則a的范圍是________；繼續加氨水至pH＝b時，所發生反應的離子方程式為__________________________________________。

(4)向“過濾Ⅲ”所得濾液中加入CaCO3粉末并加熱，得到兩種氣體。該反應的離子方程式為____________________________。

Answer 1

【答案】 ZrSiO4＋4NaOHNa2SiO3＋Na2ZrO3＋2H2O H2SiO3 (或H4SiO4) 5.2～6.2 ZrO2＋＋2NH3·H2O＋H2O===Zr(OH)4↓＋2NH4＋ 2NH4＋＋CaCO3Ca2＋＋2NH3↑＋CO2↑＋H2O

【解析】鋯英砂(主要成分為ZrSiO4，也可表示為ZrO2SiO2，還含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等雜質)加NaOH熔融，ZrSiO4轉化為Na2SiO3和Na2ZrO3，加過量鹽酸酸浸，Na2SiO3與HCl生成硅酸沉淀，濾液中含有ZrO2+、Fe3+、Al3+，加氨水調節pH為5.2～6.2，使Fe3+、Al3+轉化為氫氧化物沉淀，過濾，濾液中主要含有ZrO2+，再加氨水調節pH使ZrO2+轉化為Zr(OH)4沉淀，過濾、洗滌，得到Zr(OH)4，加熱分解，即可得到ZrO2。(3)需用氨水調pH=a，使Fe3+、Al3+轉化為氫氧化物沉淀，而ZrO2+不能沉淀，根據表中數據判斷；加氨水至pH=b時，ZrO2+與NH3H2O反應生成Zr(OH)4沉淀；據此分析解答。

(1)高溫下，ZrSiO4與NaOH反應生成Na2SiO3和Na2ZrO3，其反應的方程式為：ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O；故答案為：ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O；

(2)加過量鹽酸酸浸，Na2SiO3與HCl生成硅酸沉淀，過濾，濾渣為H2SiO3，故答案為：H2SiO3；

(3)需用氨水調pH=a，使Fe3+、Al3+轉化為氫氧化物沉淀，而ZrO2+不能沉淀，根據表中數據可知：pH在5.2～6.2時Fe3+、Al3+完全沉淀，而ZrO2+不沉淀；加氨水至pH=b時，ZrO2+與NH3H2O反應生成Zr(OH)4沉淀，其反應的離子方程式為：ZrO2++2NH3H2O+H2O=Zr(OH)4↓+2NH4+；故答案為：5.2～6.2；ZrO2++2NH3H2O+H2O=Zr(OH)4↓+2NH4+；

(4)過濾Ⅲ所得濾液中主要含有銨根離子，溶液顯酸性，加入CaCO3粉末并加熱得到氨氣和二氧化碳，其反應的離子方程式為：2NH4++CaCO3=Ca2++2NH3↑+CO2↑+H2O，故答案為：2NH4++CaCO3=Ca2++2NH3↑+CO2↑+H2O；