Question

14．鋯（Zr）元素是核反應(yīng)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（ZrSiO₄：91.5%），含Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃等雜質(zhì)，生產(chǎn)鋯的流程如下：
方法一：堿熔法

方法二：氯腐法

（1）完成方法一高溫熔融時的主要反應(yīng)方程式：
ZrSiO₄+4NaOH=Na₂ZrO₃+Na₂SiO₃+2H₂O
（2）方法一中為了提高浸出率可采取的方法有將原料粉碎增大接觸面積、加熱、攪拌、多次浸取（列舉兩種）（列舉兩種）
（3）方法一中所得濾液1中除了OH^-、ZrO₃^2-外，還有陰離子是SiO₃^2-、AlO₂^-．
（4）寫出方法二中ZrOCl₂•8H₂O在900℃生成ZrO₂的反應(yīng)方程式ZrOCl₂•8H₂O$\frac{\underline{\;900℃\;}}{\;}$ZrO₂+2HCl↑+7H₂O↑方法二中由SiCl₄與NaOH溶液反應(yīng)得到含有水玻璃的混合溶液的反應(yīng)方程式是：SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O
（5）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(dǎo)O^2-在熔融電解質(zhì)中，O^2-向負(fù)（填正、負(fù)）極移動．負(fù)極電極反應(yīng)為：C₄H₁₀-26e^-+13O^2-=4CO₂+5H₂O．
（6）氧化鋯陶瓷（ZrO₂）因其優(yōu)良的性能在工業(yè)生產(chǎn)上有重要應(yīng)用，假設(shè)堿溶法工藝流程中鋯的利用率為80%，則5t的鋯英石理論上可制得2.46t氧化鋯陶瓷（Zr：91，Si：28，O：16）．

Answer 1

分析 （1）由質(zhì)量守恒定律可知，還生成硅酸鈉；
（2）提高浸出率，可酸洗或延長水洗的時間等；
（3）Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃中前二者可以和氫氧化鈉之間發(fā)生反應(yīng)，分別得到：偏鋁酸鈉溶液和硅酸鈉溶液，據(jù)此回答；
（4）ZrOCl₂•8H₂O在900℃分解生成ZrO₂，SiCl₄與NaOH溶液反應(yīng)得到硅酸鈉、氯化鈉的混合液，依據(jù)流程產(chǎn)物結(jié)合原子守恒判斷產(chǎn)物寫出化學(xué)方程式；
（5）丁烷具有還原性，為原電池的負(fù)極，被氧化，電極反應(yīng)式為C₄H₁₀+13O^2--26e^-=4CO₂+5H₂O，通入空氣的一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-=2O^2-，總反應(yīng)式為2C₄H₁₀+13O₂→8CO₂+10H₂O，以此解答該題，注意電解質(zhì)和離子的定向移動方向；
（6）根據(jù)Zr元素守恒以及元素的利用率進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算即可．

解答 解：（1）由質(zhì)量守恒定律可知，還生成硅酸鈉，則該反應(yīng)為ZrSiO₄ +4NaOH=Na₂ZrO₃+Na₂SiO₃，+2H₂O，故答案為：Na₂SiO₃，2H₂O；
（2）提高浸出率，實(shí)現(xiàn)Na₂ZrO₃、Na₂SiO₃的分離，可酸洗、將原料粉碎增大接觸面積、加熱、攪拌、多次浸取或延長水洗的時間等，故答案為：將原料粉碎增大接觸面積、加熱、攪拌、多次浸�。�列舉兩種）；
（3）Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃中前二者可以和氫氧化鈉之間發(fā)生反應(yīng)，分別得到：偏鋁酸鈉溶液和硅酸鈉溶液，所得到的濾液中，除了OH^-、ZrO₃^2-外，還有陰離子是SiO₃^2-、AlO₂^-，故答案為：SiO₃^2-、AlO₂^-；
（4）ZrOCl₂•8H₂O在900℃生成ZrO₂的反應(yīng)方程式由流程可知分解生成ZrO₂，H₂O，由原子守恒可知產(chǎn)物中還有HCl，反應(yīng)的化學(xué)方程式為ZrOCl₂•8H₂O$\frac{\underline{\;900℃\;}}{\;}$ZrO₂+2HCl↑+7H₂O↑，SiCl₄與NaOH溶液反應(yīng)得到硅酸鈉、氯化鈉的混合液，即：SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O；故答案為：ZrOCl₂•8H₂O$\frac{\underline{\;900℃\;}}{\;}$ZrO₂+2HCl↑+7H₂O↑；SiCl₄+6NaOH=Na₂SiO₃+4NaCl+3H₂O；
（5）原電池中陰離子向負(fù)極移動，陽離子向正極移動，通入丁烷一極是負(fù)極，由于電解質(zhì)為非水物質(zhì)，則電解質(zhì)中不存在OH^-離子，正確的電極反應(yīng)式為C₄H₁₀+13O^2--26e^-=4CO₂+5H₂O；通入空氣的一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O₂+4e^-=2O^2-，故答案為：負(fù)；C₄H₁₀-26e^-+13O^2-=4CO₂+5H₂O；
（6）根據(jù)Zr元素守恒，得到鋯英石ZrSiO₄（91.5%）～ZrO₂，所以得到ZrO₂的物質(zhì)的量是$\frac{5×1{0}^{6}×91.5%×80%}{183}$mol=2×10⁴mol，質(zhì)量是2×10⁴mol×123g/mol=2.46××10⁶g=2.46t，故答案為：2.46．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)制備的流程，涉及混合物分離、提純及化學(xué)方程式的方法、物質(zhì)性質(zhì)的應(yīng)用、原電池反應(yīng)原理的應(yīng)用及電極反應(yīng)書寫，綜合性較強(qiáng)，注意原電池電解質(zhì)不是電解質(zhì)溶液，題目難度較大．