Question

【題目】ZrO2是重要的耐溫材料，可用作陶瓷遮光劑。天然鋯英石(ZrSiO4)含有鐵、鋁、銅等金屬元素的氧化物雜質，工業以鋯英石為原料制備ZrO2的工藝流程如下：

已知：①鋯英石中鋯元素的化合價為+4 ，“氯化”過程中除C、O元素外，其他元素均轉化為最高價氯化物 ②SiCl4極易水解；ZrCl4易溶于水 ③Fe(SCN)3難溶于有機溶劑MIBK； Zr(SCN)4在水中溶解度不大，易溶于有機溶劑MIBK。

(1) “氯化”過程中，鋯英石發生的主要反應的化學方程式為：______________________________，ZrC14的產率隨溫度變化如圖所示，由圖可知氯化的最佳條件是_____________；

(2)“濾液1”中含有的陰離子除OH- 、Cl-，還有___________________；

(3)常用的銅抑制劑有Na2S、H2S、NaCN等，本流程使用NaCN除銅，不采用Na2S、H2S的原因是__________。

(4)實驗室進行萃取和反萃取的玻璃儀器是_______。流程中萃取與反萃取的目的是_________。

Answer 1

【答案】)ZrSiO4+4CO+4Cl2 ZrCl4 +SiCl4+4CO2 360℃、1MPa AlO2- 、SiO32- S2-會將Fe3+還原成Fe2+，影響下一步除鐵，同時可能會產生污染性氣體 分液漏斗、燒杯 除去鐵元素雜質

【解析】

根據流程：天然鋯石的主要成分是ZrSiO4(還常含有Fe、Al、Cu的氧化物雜質)，將粉碎后的天然鋯石用CO、Cl2氯化得到ZrCl4、SiCl4、AlCl3、FeCl3、CuCl2；用NaOH溶液堿浸時，SiCl4、AlCl3溶解為硅酸鈉、偏鋁酸鈉，ZrCl4、FeCl3、CuCl2反應為Zr(OH)4、Fe(OH)3、Cu(OH)2沉淀，即為濾渣1；用鹽酸溶解濾渣1得到ZrCl4、FeCl3、CuCl2；加入銅抑制劑除去銅[銅抑制劑可以為NaCN，生成沉淀為Cu(CN)2]，濾渣2為Cu(CN)2；向濾液2加入NH4SCN與ZrCl4、FeCl3發生配合反應得到Fe(SCN)3、Zr(SCN)4，加入 有機溶劑MIBK萃取，Fe(SCN)3難溶于MIBK，分液，Zr(SCN)4在有機層，將含有Zr(SCN)4的有機層用硫酸反萃取將Zr(SCN)4與MIBK分離；通入氨氣沉鋯，經過煅燒得到ZrO2，據此分析作答。

(1) 氯化過程中ZrSiO4與CO、Cl2在高溫下反應生成ZnCl4、SiCl4和CO2，反應的化學方程式為：ZrSiO4+4CO+4Cl2ZnCl4+SiCl4+4CO2；由圖可知，360℃、1MPa時，ZrCl4產率最高，此為氯化最佳條件；

(2)由流程分析可知，“濾液1”中含有的陰離子除OH- 、Cl-，還有AlO2- 、SiO32-；

(3)三價鐵具有氧化性，S2-會將Fe3+還原成Fe2+，發生的反應為2Fe3++H2S=2Fe2++S+2H+(2Fe3++S2-=2Fe2++S)，影響下一步除鐵，同時可能會產生污染性H2S氣體，故本流程使用NaCN除銅，不采用Na2S、H2S；

(4)實驗室進行萃取和反萃取的玻璃儀器是分液漏斗、燒杯；根據已知信息“生成的Fe(SCN)3難溶于MIBK，Zr(SCN)4在水中的溶解度小于在MIBK中的溶解度”可知，流程中萃取與反萃取的目的是除去鐵元素雜質。