Question

【題目】納米二氧化鋯(ZrO2)是制備特種陶瓷(china)最重要的原料之一。由鋯英石(主要成分為ZrSiO4)制備二氧化鋯的工藝流程如圖所示：

（1）寫(xiě)出“堿熔”時(shí)主要反應(yīng)的化學(xué)方程式__________________________________。

（2）“水洗”所產(chǎn)生的“廢液”主要成分為NaOH 和__________（填化學(xué)式），試寫(xiě)此成分的一種用途________________________________。

（3）寫(xiě)出“酸分解”生成ZrO2+反應(yīng)的離子方程式__________________________________。

（4）根據(jù)圖（1）分析ZrO2+濃度對(duì)ZrO2粒徑的影響_____________________________________。

（5）ZrO2+溶液中常含有Fe3+（濃度為0.03mol·L-l），一般用草酸絡(luò)合處理凈化。若未凈化處理直接加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH，能否使ZrO2+完全轉(zhuǎn)化為純凈的ZrO(OH)2沉淀，試通過(guò)計(jì)算說(shuō)明。已知ZrO2+完全沉淀時(shí)濃度為1.0×10 -5 mol·L-l ，ZrO(OH)2、Fe(OH)3的Ksp分別為4.0×10-26、8.0×10-38， ≈3.16。__________________________________________________。

（6）ZrO(OH)2煅燒制取納米ZrO2時(shí)，升溫速率與重量百分率之間的關(guān)系如圖（2）所示。

煅燒時(shí)最佳升溫速率為________________，理由是______________________。

Answer 1

【答案】 ZrSiO4+4NaOH==Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O NaSiO3 粘合劑（或防火劑等） Na2ZrO3+4H+==2Na++ZrO2++2H2O ZrO2+濃度越大ZrO2粒徑越大 當(dāng)ZrO2+完全沉淀時(shí)，由Ksp[ZrO(OH)2]=c(ZrO2+)×c2 (OH-)==1.0×10-5×c2(OH-)=4.0×10-26可知c(OH-)==6.32×10-11。Qc[Fe(OH)3]=(Fe3+)×c3(OH-)=0.03×(6.32×10-11)3=7.57×10-33>Ksp[Fe(OH)3]= 8.0×10-38，此時(shí)Fe3+已經(jīng)沉淀。因此，無(wú)法通過(guò)調(diào)節(jié)溶液pH制得純凈的ZrO(OH) 5℃/min 在失重相同的情況下，升溫速率快時(shí)，分解所需溫度相對(duì)較高（其他合理答案均可，如在相同溫度下，升溫速率高時(shí)，失重百分率�。�

【解析】（1）ZrSiO4與NaOH加熱反應(yīng)生成Na2ZrO3和Na2SiO3，反應(yīng)的化學(xué)方程式ZrSiO4+4NaOH= ZrSiO4+Na2SiO3+2H2O，正確答案：ZrSiO4+4NaOH==Na2ZrO3+Na2SiO3+2H2O。

（2）反應(yīng)后產(chǎn)生的水溶性物質(zhì)為NaOH和NaSiO3，NaSiO3的主要用途可以做建筑材料的粘合劑（或防火劑等）；正確答案：NaSiO3；粘合劑（或防火劑等）。

（3）Na2ZrO3在酸性條件下分解為Na2ZrO，反應(yīng)的離子方程式為Na2ZrO3+4H+==2Na++ZrO2++2H2O；正確答案：Na2ZrO3+4H+==2Na++ZrO2++2H2O。

（4）根據(jù)圖（1）分析可知，ZrO2+濃度越大ZrO2粒徑越大，正確答案：ZrO2+濃度越大ZrO2粒徑越大。

（5）當(dāng)ZrO2+完全沉淀時(shí)，由Ksp[ZrO(OH)2]=c(ZrO2+)×c2 (OH-)==1.0×10-5×c2(OH-)=4.0×10-26可知c(OH-)==6.32×10-11。Qc[Fe(OH)3]=(Fe3+)×c3(OH-)=0.03×(6.32×10-11)3=7.57×10-33>Ksp[Fe(OH)3]= 8.0×10-38，此時(shí)Fe3+已經(jīng)沉淀。因此，無(wú)法通過(guò)調(diào)節(jié)溶液pH制得純凈的ZrO(OH) ；正確答案：不能制得純凈的ZrO(OH)。

6）通過(guò)圖（2）分析可知，如在相同溫度下，升溫速率高時(shí)，失重百分率小，因此煅燒時(shí)最佳升溫速率為5℃/min，正確答案：5℃/min； 在失重相同的情況下，升溫速率快時(shí)，分解所需溫度相對(duì)較高（其他合理答案均可，如在相同溫度下，升溫速率高時(shí)，失重百分率�。�。