Question

【題目】氧化鋯(ZrO2)材料具有高硬度、高熔點、高強度、高韌性、極高的耐磨性及耐化學腐蝕性等優良的物化性能。以鋯英石(主要成分為 ZrSiO4，含有少量Al2O3、SiO2、Fe2O3等雜質)為原料通過堿熔法制備氧化鋯(ZrO2)的流程如下：

25℃時，有關離子在水溶液中沉淀時的pH數據：

	Fe(OH)3	Zr(OH)4	Al(OH)3
開始沉淀時pH	1.9	2.2	3.4
沉淀完全時pH	3.2	3.2	4.7

請回答下列問題：

(1)流程中旨在提高化學反應速率的措施有________________________________。

(2)操作I的名稱是__________________，濾渣1成分為_________，濾渣2的成分為_____________。

(3)鋯英石經“高溫熔融”轉化為Na2ZrO3，寫出該反應的化學方程式：____________________。

(4)“調節pH”時，合適的pH范圍是__________________。為了得到純的ZrO2，Zr(OH)4需要洗滌，檢驗Zr(OH)4是否洗滌干凈的方法是__________________。

(5)寫出“高溫煅燒”過程的化學方程式________________________________。根據ZrO2的性質，推測其一種用途________________________________。

Answer 1

【答案】粉碎、高溫 過濾 Fe2O3 H2SiO3 4NaOH+ZrSiO4Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O 3.2~3.4 取最后一次洗滌液加入硝酸銀溶液和稀硝酸，沒有白色沉淀證明洗滌干凈 Zr（OH）4ZrO2+2H2O 耐火材料、坩堝、打磨材料牙齒材料等

【解析】

鋯英砂（主要成分為ZrSiO4，還含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等雜質）加NaOH熔融，二氧化硅反應轉化為硅酸鈉，ZrSiO4轉化為Na2SiO3和Na2ZrO3，氧化鋁和氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉，水浸過濾，濾渣1為Fe2O3，得到濾液1中加過量鹽酸酸浸，Na2SiO3與HCl生成硅酸沉淀，偏鋁酸鈉和過量鹽酸反應得到氯化鋁，濾渣2為H2SiO3，濾液中含有ZrO2＋、Al3＋，加氨水調節pH為3.2～3.4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)流程中旨在提高化學反應速率的措施有粉碎固體，升高溫度。

(2)操作Ⅰ用于分離固體和液體，操作I的名稱是過濾，濾渣1成分為Fe2O3，濾渣2的成分為H2SiO3。

(3)鋯英石經“高溫熔融”轉化為Na2ZrO3，高溫下，ZrSiO4與NaOH反應生成Na2SiO3和Na2ZrO3，該反應的化學方程式：4NaOH+ZrSiO4Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O。

(4)“調節pH”時，合適的pH范圍是3.2～3.4使ZrO2＋完全轉化為Zr（OH）4沉淀，且避免生成Al（OH）3；Zr（OH）4表面為附著Cl－等，為了得到純的ZrO2，Zr(OH)4需要洗滌，檢驗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。

(5)“高溫煅燒”過程的化學方程式Zr（OH）4ZrO2+2H2O。根據ZrO2的性質，推測其一種用途，推測其兩種用途有耐火材料、磨料等。