Question

【題目】鋯(40Zr)是現代工業的重要金屬原料，具有良好的可塑性，抗蝕性能超過鈦。以鋯英石(主要成分是ZrSiO4，還含有少量A12O3、SiO2、Fe2O3等雜質)為原料生產鋯及其化合物的流程如圖所示：

（1）SiCl4的電子式為__________。上述流程中，高溫氣化存在多個反應，若不考慮反應中的損失，則分餾后得到的SiCl4質量通常比由純ZrSiO4發生的反應得到的SiCl4質量大，原因是___________________________________________________。

（2）高溫氣化后的固體殘渣除C外，還含有的金屬元素有________

（3）寫出上述流程中ZrCl4與水反應的化學方程式：_____________________。

（4）鋯還是核反應堆燃料棒的包裹材料，鋯合金在高溫下與水蒸氣反應產生氫氣，二氧化鋯可以制造耐高溫納米陶瓷。下列關于鋯、二氧化鋯的敘述中，正確的是_____(填序號)。

a．鋯合金比純鋯的熔點高，硬度小

b．二氧化鋯陶瓷屬于新型無機非金屬材料

c．將一束光線通過納米級二氧化鋯會產生一條光亮的通路

d．可采用氦作反應堆包裹核燃料的鋯合金的冷卻劑

（5）工業上電解K2ZrF6與KCl等組成的熔體也可制取金屬鋯。寫出電解的總反應方程式并標明

電子轉移的方向和數目 _________________________________________________。

（6）某燃料電池是以C2H4作為燃料氣，另一極通入氧氣，電解質是摻雜氧化釔(Y2O3)的氧化鋯(ZrO2)晶體，在熔融狀態下能傳導O2－，則負極上發生的反應式為_____________________。

（7）極稀溶液中溶質的物質的量濃度很小，常用其負對數pc表示（pcB=－lgcB）。如某溶液中溶質的物質的量濃度為1×10﹣5mol·L﹣1，則該溶液中溶質的pc=5。下列說法正確的是_____

A．電解質溶液的pc（H+）與pc（OH﹣）之和均為14

B．用鹽酸滴定某濃度的KOH溶液，滴定過程中pc（H+）逐漸增大

C．BaCl2溶液中逐滴加入硫酸溶液，滴加過程中pc（Ba2+）逐漸減小

D．某溫度下Ksp（Zr(CO3)2）=4.0×10﹣12，則其飽和溶液中pc（Zr4+）+ pc（CO32﹣）=7.7

Answer 1

【答案】因為雜質中的SiO2也通過反應產生了SiCl4Al、FeZrCl4＋9H2O===ZrOCl2·8H2O＋2HClbdK2ZrF6＋4KClZr＋6KF＋2Cl2↑C2H4＋6O2－－12e－==2CO2＋2H2OBD

【解析】

鋯英石（主要成分為ZrSiO4，也可表示為ZrO2SiO2，還含少量Al2O3、SiO2、Fe2O3等雜質），通入足量的氯氣以及和足量的石焦油反應，ZrSiO4轉化為ZrCl4，加水水解，使ZrCl4轉化為ZrOCl28H2O，900℃加熱分解，即可得到ZrO2，加入鎂置換得到海綿鋯，加入鎂置換得到海綿鋯。（1）SiCl4分子中硅原子最外層有4個電子，能形成4個共價鍵達到穩定結構，每個氯原子能形成一個共價鍵達到穩定結構；根據在化合物中正負化合價代數和為零，結合ZrSiO4的化學式進行解答；因鋯英石含有雜質SiO2，SiO2也能在高溫氣化條件下反應生成SiCl4；（2）根據高溫條件下物質的狀態進行判斷；（3）根據圖示ZrCl4與水反應產物為ZrOCl28H2O，結合原子守恒進行解答；（4）合金是指由一種金屬與其它金屬或非金屬熔合而成的具有金屬特性的物質，合金的硬度大，熔點低，陶瓷屬于無機非金屬材料，二氧化鋯為化合物無丁達爾效應，氦為稀有氣體，能作保護氣；（5）電解K2ZrF6與KCl等組成的熔體，反應物為K2ZrF6、KCl，生成物為金屬鋯，鋯的化合價降低，則氯的化合價升高生成氯氣，根據原子守恒即得失電子守恒解答；（6）燃料所在極為負極，負極失去電子發生氧化反應，為乙烯失電子和氧離子反應生成二氧化碳和水；

鋯英石（主要成分為ZrSiO4，也可表示為ZrO2SiO2，還含少量Al2O3、SiO2、Fe2O3等雜質），通入足量的氯氣以及和足量的石焦油反應，ZrSiO4轉化為ZrCl4，加水水解，使ZrCl4轉化為ZrOCl28H2O，900℃加熱分解，即可得到ZrO2，加入鎂置換得到海綿鋯，加入鎂置換得到海綿鋯。（1）SiCl4分子中硅原子最外層有4個電子，能形成4個共價鍵達到穩定結構，每個氯原子能形成一個共價鍵達到穩定結構，電子式為：；根據在化合物中正負化合價代數和為零，氧元素顯-2價，硅元素顯+4價，設鋯元素（Zr）的化合價是x，可知ZrSiO4中鋯元素（Zr）的化合價：x+（+4）+（-2）×4=0，則x=+4，鋯英石（主要成分為ZrSiO4，也可表示為ZrO2SiO2，還含少量Al2O3、SiO2、Fe2O3等雜質），雜質SiO2也能在高溫氣化條件下反應生成SiCl4，則分餾后得到的SiCl4質量通常比由純ZrSiO4發生的反應得到的SiCl4質量大；（2）高溫氣化后的固體殘渣除C外，還含有氧化鋁和氧化鐵，故所含有的金屬元素有Al、Fe；（3）ZrCl4與水反應產物為ZrOCl28H2O，根據原子守恒，反應方程式為：ZrCl4+9H2O═ZrOCl28H2O+2HCl；（4）a．合金是指由一種金屬與其它金屬或非金屬熔合而成的具有金屬特性的混合物．一般說來合金的硬度一般比各成分金屬大，多數合金的熔點 低于組成它的成分金屬的熔點，所以鋯合金比純鋯的熔點低，硬度大，故a錯誤；b．陶瓷屬于無機非金屬材料，二氧化鋯陶瓷屬于新型無機非金屬材料，故b正確；c．將一束光線通過膠體會產生一條光亮的通路，但二氧化鋯為化合物無丁達爾效應，故c錯誤；d．氦為稀有氣體，可采用氦作反應堆包裹核燃料的鋯合金的冷卻劑，故d正確；故答案為：bd；（5）電解K2ZrF6與KCl等組成的熔體，反應物為K2ZrF6、KCl，生成物為金屬鋯，鋯的化合價降低（+4→0），則氯的化合價升高生成氯氣（-1→0），轉移4e-，根據原子守恒即得失電子守恒所以方程式為：K2ZrF6+4KCl Zr+6KF+2Cl2↑；（6）該燃料電池中通入乙烯的一極為負極，發生氧化反應，乙烯失電子和氧離子反應生成二氧化碳和水，電極反應式為：C2H4+6O2--12e-═2CO2+2H2O；（7）A．溶液中的c（H+）和c（OH﹣）與水的電離程度有關，而水的電離程度隨溫度的升高而增大，如常溫下Kw= c（H+）c（OH﹣）=1.0×10-14，則pc（H+）+pc（OH﹣）=14，而在100℃時，Kw= c（H+）c（OH﹣）=1.0×10-12，則pc（H+）+pc（OH﹣）=12，選項A錯誤；B．用鹽酸滴定某濃度的KOH溶液，滴定過程中c（OH﹣）逐漸減小，則c（H+）逐漸增大，所以pc（H+）是逐漸減小的，選項B正確；C．向BaCl2溶液中逐滴加入硫酸溶液，滴加過程中c（Ba2+）逐漸減小，則pc（Ba2+）逐漸增大，選項C錯誤；D．某溫度下Ksp（Zr(CO3)2）=4.0×10﹣12，則其飽和溶液中c（Zr4+）=1×10﹣5mol·L﹣1，c（CO32﹣）=2×10﹣5mol·L﹣1，pc（Zr4+）+ pc（CO32﹣）=7.7，選項D正確。答案選BD。