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。

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 ，濾渣I的化學式為 。

（2）為使濾液I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 。

（3）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 。

（4）為得到純凈的ZrO2，Zr（OH）4需要洗滌，檢驗Zr（OH）4是否洗滌干凈的方法是 。

Answer 1

【答案】（1）ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O；H2SiO3（或H4SiO4）；

（2）5.2~6.2；ZrO2++2NH3·H2O+H2O= Zr（OH）4↓+2NH4+；

（3）2NH4++CaCO3Ca2++2NH3↑+CO2↑+H2O；

（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。

【解析】試題分析：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；

（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；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：ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O；H2SiO3；

（2）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+；

（3）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++CaCO3Ca2++2NH3↑+CO2↑+H2O；故答案為：2NH4++CaCO3Ca2++2NH3↑+CO2↑+H2O；

（4）沉淀上附著的雜質為氯離子，用稀硝酸和硝酸銀來檢驗洗液中是否含有氯離子即可，其操作為：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；故答案為：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。