Question

(12分) ZrO₂常用作陶瓷材料，可由锆英砂（主要成分为ZrSiO₄，也可表示为ZrO₂·SiO₂，还含少量Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等杂质）通过如下方法制取。

已知：①ZrO₂能与烧碱反应生成可溶于水的Na₂ZrO₃，Na₂ZrO₃与酸反应生成ZrO²⁺。

②部分金属离子在实验条件下开始沉淀和完全沉淀的pH如下表。

金属离子	Fe^3+	Al^3+	ZrO^2+
开始沉淀时pH	1.9	3.3	6.2
沉淀完全时pH	3.2	5.2	8.0

（1）熔融时ZrSiO₄发生反应的化学方程式为      ，滤渣I的化学式为      。

（2）为使滤液I的杂质离子沉淀完全，需用氨水调pH=a，则a的范围是      ；继续加氨水至pH=b时，所发生反应的离子方程式为      。

（3）向过滤III所得滤液中加入CaCO₃粉末并加热，得到两种气体。该反应的离子方程式为      。

（4）为得到纯净的ZrO₂，Zr(OH)₄需要洗涤，检验Zr(OH)₄是否洗涤干净的方法是      。

Answer

（每空2分，共12分）（1）ZrSiO4+4NaOH Na2SiO3+Na2ZrO3+2H2O H2SiO3（或H4SiO4）

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

（3）2NH4++CaCO3=Ca2++2NH3↑+CO2↑+H2O

（4）取最后一次洗涤液，向其中滴加稀硝酸，再滴加硝酸银溶液，若无沉淀生成，则Zr(OH)4洗涤干净。

【解析】

试题分析：在锆英砂中含有ZrSiO4，及少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质，当加入NaOH，在高温下只有ZrSiO4发生反应：ZrSiO4+4NaOH Na2SiO3+Na2ZrO3+2H2O；向反应后的固体中加入过量的盐酸，金属氧化物Fe2O3、Al2O3发生反应产生可溶性FeCl3、AlCl3，及盐Na2SiO3与盐酸反应产生NaCl及难溶性H2SiO3 ；Na2ZrO3与盐酸反应产生NaCl、Na2ZrO2，SiO2先与NaOH溶液反应产生Na2SiO3，Na2SiO3与盐酸反应产生NaCl及难溶性H2SiO3 。所以最后得到滤渣是H2SiO3；（2）在滤液中含有金属元素的离子有Fe3+、Al3+、ZrO2+，为使滤液I的杂质离子沉淀完全，最后得到纯净的ZrO2，需用氨水调pH=a，由于Fe3+沉淀完全的溶液的pH=3.2；Al3+沉淀完全的溶液的pH=5.2；ZrO2+开始沉淀的pH=6.2，所以应该调节溶液的pH小于6.2大于5.2，即a的范围是5.2~6.2；这时形成Fe(OH)3、Al(OH)3沉淀，将它们过滤除去，继续加氨水至pH=8.0，这时会发生反应，离子方程式为ZrO2++2NH3·H2O+H2O= Zr(OH)4↓+2NH4+；（3）向过滤III所得滤液中含有NH4+离子，该盐是强酸弱碱盐，水解是溶液显酸性，向其中加入CaCO3粉末并加热，得到两种气体。该反应的离子方程式为2NH4++CaCO3=Ca2++2NH3↑+CO2↑+H2O；（4）ZrO2是从含有盐酸的溶液中过滤出来的，所以为得到纯净的ZrO2，Zr(OH)4需要洗涤，检验Zr(OH)4是否洗涤干净是检验是否含有Cl-，方法是取最后一次洗涤液，向其中滴加稀硝酸，再滴加硝酸银溶液，若无沉淀生成，则Zr(OH)4洗涤干净。

考点：考查物质制备的化学工艺流程的知识。