Question

10．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(zhì)）通過如圖方法制取．
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)條件下開始沉淀和完全沉淀的pH如表．

金屬離子	Fe3+	Al3+	ZrO2+
開始沉淀時(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ZrSiO₄+4NaOH $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+Na₂ZrO₃+2H₂O，濾渣I的化學(xué)式為H₂SiO₃．
（2）為使濾液I的雜質(zhì)離子沉淀完全，需用氨水調(diào)pH=a，則a的范圍是5.2～6.2；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ZrO²⁺+2NH₃•H₂O+H₂O=Zr（OH）₄↓+2NH₄⁺．
（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(yīng)的離子方程式為2NH₄⁺+CaCO₃=Ca²⁺+2NH₃↑+CO₂↑+H₂O．
（4）為得到純凈的ZrO₂，Zr（OH）₄需要洗滌，檢驗(yàn)Zr（OH）₄是否洗滌干凈的方法是取最后一次洗滌液，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．

Answer 1

分析 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(zhì)）加NaOH熔融，ZrSiO₄轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)pH為5.2～6.2，使Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，過濾，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(yīng)生成Na₂SiO₃和Na₂ZrO₃；
（2）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NH₃•H₂O反應(yīng)生成Zr（OH）₄沉淀；
（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；
（4）沉淀上附著的雜質(zhì)為氯離子，檢驗(yàn)洗液中是否含有氯離子即可．

解答 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(zhì)）加NaOH熔融，ZrSiO₄轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)pH為5.2～6.2，使Fe³⁺、Al³⁺轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，過濾，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(yīng)生成Na₂SiO₃和Na₂ZrO₃，其反應(yīng)的方程式為：ZrSiO₄+4NaOH $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+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+4NaOH $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+Na₂ZrO₃+2H₂O；H₂SiO₃；
（2）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NH₃•H₂O反應(yīng)生成Zr（OH）₄沉淀，其反應(yīng)的離子方程式為：ZrO²⁺+2NH₃•H₂O+H₂O=Zr（OH）₄↓+2NH₄⁺；
故答案為：5.2～6.2；ZrO²⁺+2NH₃•H₂O+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(yīng)的離子方程式為：2NH₄⁺+CaCO₃=Ca²⁺+2NH₃↑+CO₂↑+H₂O；
故答案為：2NH₄⁺+CaCO₃=Ca²⁺+2NH₃↑+CO₂↑+H₂O；
（4）沉淀上附著的雜質(zhì)為氯離子，用稀硝酸和硝酸銀來檢驗(yàn)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．

點(diǎn)評 本題考查了物質(zhì)分離提純的方法和流程分析應(yīng)用，題目涉及流程的分析應(yīng)用、離子方程式的書寫、除雜質(zhì)、基本實(shí)驗(yàn)操作等，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋�解答該類題目，注意把握實(shí)驗(yàn)原理和操作流程的目的，主要是物質(zhì)性質(zhì)的理解，題目難度中等．