Question

ZrO₂常用作陶瓷材料，可由锆英砂(主要成分为ZrSiO₄，还含少量FeCO₃、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等杂质)通过如下流程制取。

已知：①ZrSiO₄能与烧碱反应生成Na₂ZrO₃和Na₂SiO₃，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。

(1)“熔融”过程中， ZrSiO₄发生反应的化学方程式是______________________滤渣I的化学式为_______________

(2)“氧化”过程中，发生反应的离子方程式是__________________调“pH=a”时，a的范围是________________

(3)为得到纯净的ZrO₂，滤渣Ⅲ要用水洗，检验沉淀是否洗涤干净的方法是________________

(4)滤渣Ⅲ的成分是Zr(CO₃)₂·xZr(OH)₄取干操后的滤渣Ⅲ 37.0g，煅烧后可得到24.6 g ZrO₂则x等于____________________，“调pH=8.0”时，所发生反应的离子方程式为________ 。

Answer

ZrSiO4+4NaOH=Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O H2SiO3 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O 5.2≤a<6.2 取最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸酸化的AgNO3溶液，若无白色沉淀产生说明已洗干净 1 2ZrO2++2CO32-+2H2O=Zr(CO3)2·Zr(OH)4↓

【解析】

锆英砂（主要成分为 ZrSiO4，还含少量FeCO3、Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质），加NaOH熔融，ZrSiO4转化为Na2SiO3和Na2ZrO3，氧化铝转化为NaAlO2，SiO2转化为Na2SiO3，Fe2O3不反应，再加过量盐酸酸浸，Na2ZrO3与酸反应生成ZrO2+，Na2SiO3与HCl生成硅酸沉淀，偏铝酸钠转化为氯化铝、碳酸亚铁、氧化铁转化为氯化亚铁、氯化铁，过滤分离，滤渣I为硅酸，滤液中含有ZrO2+、Fe2+、Fe3+、Al3+，Na+、Cl-等，加入过氧化氢氧化亚铁离子，加氨水调节pH，使Fe3+、Al3+转化为氢氧化物沉淀，过滤分离滤渣II为氢氧化铁、氢氧化铝，滤液中主要含有ZrO2+、NH4+、Cl-，Na+、Cl-等，再加氨水调节pH，使ZrO2+转化为Zr（OH）4沉淀，过滤、洗涤、干燥得到Zr（OH）4，加热分解即可得到ZrO2，以此解答该题。

（1）由题给信息知， ZrSiO4与NaOH反应生成Na2SiO3和Na2ZrO3，其反应的方程式为：ZrSiO4+4NaOH=Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O，加过量盐酸酸浸，Na2SiO3与HCl生成硅酸沉淀，过滤，滤渣I为H2SiO3，故答案为：ZrSiO4+4NaOH=Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O；H2SiO3；

（2）“氧化”过程中，双氧水在酸性条件下将Fe2+氧化为Fe3+，反应的离子方程式是2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，调节pH，可使铁离子和铝离子完全沉淀，但要避免生成Zr(OH)4，由表中数据可知pH的范围为5.2∼6.2，故答案为：2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；5.2≤a<6.2；

（3）Zr(OH)4表面为附着Cl-等，检验Zr(OH)4是否洗涤干净的方法是：取最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸酸化的AgNO3溶液，若无白色沉淀产生说明已洗干净，故答案为：取最后一次洗涤液于试管中，加入硝酸酸化的AgNO3溶液，若无白色沉淀产生说明已洗干净；

（4）滤渣Ⅲ的成分是Zr(CO3)2⋅xZr(OH)4，取干操后的滤渣Ⅲ37.0g，煅烧后可得到24.6gZrO2，则 ，x=1，“调pH=8.0”时，反应生成Zr(CO3)2·Zr(OH)4，则所发生反应的离子方程式为：2ZrO2++2CO32-+2H2O=Zr(CO3)2·Zr(OH)4↓，故答案为1；2ZrO2++2CO32-+2H2O=Zr(CO3)2·Zr(OH)4↓。