Question

锆（Zr）元素是核反应堆燃料棒的包裹材料，二氧化锆（ZrO₂）可以制造耐高温纳米陶瓷．我国有丰富的锆英石（ZrSiO₄）含Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃等杂质，碱熔法生产锆的流程如下：

已知25℃时部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物	Zr（OH）4	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2
开始沉淀时pH	1.2	2.7	3.4	6.3
完全沉淀时pH	2.4	3.2	5.2	9.7

（1）完成高温熔融时的主要反应方程式：

ZrSiO₄+4NaOH═Na₂ZrO₃+        +       

（2）为了提高浸出率可采取的方法有                 、                 （列举两种）

（3）生成滤渣2的成分              （用化学式表示）

（4）用氨水将滤液2的pH调至          ≤pH＜          ，目的是                 ．

（5）往流程中滤渣1中加入盐酸溶液，过滤不溶物后，再将滤液在不断通入             气流同时蒸发浓缩、         、        ，可回收得到铁的氯化物FeCl₃晶体．

Answer

（1）ZrSiO4+4NaOH=Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O；（2）原料粉碎增大接触面积、加热或搅拌或多次浸取；（3）H2SiO3 或 H4SiO4；（4）2.4≤pH＜3.4；使Zr4+完全转化为Zr（OH）4沉淀，同时保证Al3+不会被沉淀下来；（5）HCl气流中；冷却结晶、过滤

【解析】（1）高温下，ZrSiO4与NaOH反应生成Na2SiO3和Na2ZrO3，反应的化学方程式为：ZrSiO4+4NaOH=Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O；

（2）为了提高浸出率可采取的方法有，将原料粉碎增大接触面积、加热、搅拌、多次浸取，

（3）二氧化硅反应转化为硅酸钠，ZrSiO4转化为Na2SiO3和Na2ZrO3，氧化铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，水浸过滤，滤渣1为Fe2O3，得到滤液1中加过量盐酸酸浸，偏铝酸钠和过量盐酸反应得到氯化铝，Na2SiO3与HCl生成硅酸沉淀，滤渣2为H2SiO3或 H4SiO4；

（4）滤液2中含有ZrO2+、Al3+，依据图表数据分析可知，加氨水调节pH为2.4～2.7使ZrO2+转化为Zr（OH）4沉淀，铝离子不沉淀，过滤、洗涤，得到Zr（OH）4，加热分解，即可得到ZrO2；

（5）滤渣1为Fe2O3，加入盐酸溶液，过滤不溶物后得到滤液为氯化铁溶液，再将滤液在不断通入HCl气流中蒸发结晶，防止氯化铁水解生成氢氧化铁沉淀，同时蒸发浓缩、冷却结晶、过滤可回收得到铁的氯化物FeCl3晶体．

【点评】本题考查了物质制备的流程，为高考常见题型．侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，题目涉及混合物分离、提纯及化学方程式的方法、物质性质的应用，综合性较强，题目难度中等．