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(zhì))通過(guò)如下方法制取。

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

②部分金屬離子在實(shí)驗(yàn)條件下開(kāi)始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示。

金屬離子	Fe3＋	Al3＋	ZrO2＋
開(kāi)始沉淀時(shí)pH	1.9	3.3	6.2
沉淀完全時(shí)pH	3.2	5.2	8.0

(1)“熔融”時(shí)ZrSiO4發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________。

(2)“濾渣Ⅰ”的化學(xué)式為________________。

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

(4)向“過(guò)濾Ⅲ”所得濾液中加入CaCO3粉末并加熱，得到兩種氣體。該反應(yīng)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(zhì))加NaOH熔融，ZrSiO4轉(zhuǎn)化為Na2SiO3和Na2ZrO3，加過(guò)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(diào)節(jié)pH為5.2～6.2，使Fe3+、Al3+轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，過(guò)濾，濾液中主要含有ZrO2+，再加氨水調(diào)節(jié)pH使ZrO2+轉(zhuǎn)化為Zr(OH)4沉淀，過(guò)濾、洗滌，得到Zr(OH)4，加熱分解，即可得到ZrO2。(3)需用氨水調(diào)pH=a，使Fe3+、Al3+轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，而ZrO2+不能沉淀，根據(jù)表中數(shù)據(jù)判斷；加氨水至pH=b時(shí)，ZrO2+與NH3H2O反應(yīng)生成Zr(OH)4沉淀；據(jù)此分析解答。

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

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

(3)需用氨水調(diào)pH=a，使Fe3+、Al3+轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，而ZrO2+不能沉淀，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知：pH在5.2～6.2時(shí)Fe3+、Al3+完全沉淀，而ZrO2+不沉淀；加氨水至pH=b時(shí)，ZrO2+與NH3H2O反應(yīng)生成Zr(OH)4沉淀，其反應(yīng)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(guò)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(yīng)的離子方程式為：2NH4++CaCO3=Ca2++2NH3↑+CO2↑+H2O，故答案為：2NH4++CaCO3=Ca2++2NH3↑+CO2↑+H2O；