Question

【題目】鋯及其化合物作為新材料，具有相當(dāng)重要的意義。氧氯化鋯(ZrOCl2)是制備鋯系列材料的一種重要中間產(chǎn)品，用鋯英砂(主要成分ZrSiO4)制備水合氧氯化鋯有多種方法，目前使用較多的是“一酸一堿法”，其主要流程如圖：

已知：①Na2ZrO3在強(qiáng)堿性的介質(zhì)中不溶解或水解；②硅酸和原硅酸都具有吸附性。

回答下列問(wèn)題：

(1)“堿燒”過(guò)程中生成“堿熔料”的化學(xué)方程式為___。

(2)“水洗壓濾”工藝可以將30~70%的硅除去，如圖表示的是各種工藝變化對(duì)水洗除硅率的影響，則為了提高除硅率應(yīng)采取的措施是___(任意回答兩條即可)。

(3)硅的去除還有一部分是通過(guò)上述流程中的___工藝實(shí)現(xiàn)的，這一部分硅轉(zhuǎn)化成的物質(zhì)是___(填化學(xué)式)。

(4)水洗壓濾的主要目的是除硅，則轉(zhuǎn)型壓濾的主要目的是除去___，轉(zhuǎn)型壓濾過(guò)程中生成ZrO(OH)2的離子方程式為___。

(5)操作M包括___、過(guò)濾、洗滌、干燥；上述工藝若不加改進(jìn)，鋯的損失會(huì)比較大，為了減少鋯的損失，應(yīng)該改進(jìn)的措施是___。

(6)稱取3.220g產(chǎn)品(水合氧氯化鋯)，溶于鹽酸配制成1000mL溶液，取25mL于錐形瓶中，加熱至90℃以上，并滴入2滴二甲酚橙指示劑，趁熱用0.0125molL-1EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，當(dāng)溶液由紅色變?yōu)辄S色且半分鐘不褪色時(shí)，消耗EDTA溶液20mL。計(jì)算水合氧氯化鋯的化學(xué)式為___(EDTA與ZrO2+在上述條件下以1：1比例反應(yīng))。

Answer 1

【答案】ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O(或ZrSiO4+6NaOHNa4SiO4+Na2ZrO3+3H2O) 水料比在3：1～4：1之間均可；混合后立即攪拌；攪拌時(shí)間30～60分鐘均可 “轉(zhuǎn)型壓濾”和“酸化壓濾” H2SiO3(或H4SiO4) 鈉(或Na+或氯化鈉) Na2ZrO3+2H+=2Na++ZrO(OH)2 蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶 將濾渣洗滌，并將洗滌液并入母液中，重復(fù)操作M ZrOCl2·8H2O

【解析】

鋯英砂（主要成分為ZrSiO4，也可表示為ZrO2SiO2）加NaOH熔融，二氧化硅反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硅酸鈉，發(fā)生反應(yīng)為ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O(或ZrSiO4+6NaOHNa4SiO4+Na2ZrO3+3H2O)，ZrSiO4轉(zhuǎn)化為Na2SiO3(或Na4SiO4)和Na2ZrO3，結(jié)合已知信息①Na2ZrO3在強(qiáng)堿性的介質(zhì)中不溶解或水解，再將堿燒后的Na2SiO3和Na2ZrO3水洗將Na2SiO3(或Na4SiO4)轉(zhuǎn)化為H2SiO3(或H4SiO4)除去，再用鹽酸進(jìn)行轉(zhuǎn)型壓濾，將未除盡的Na2SiO3(或Na4SiO4)轉(zhuǎn)化為H2SiO3(或H4SiO4)除去，同時(shí)酸性條件下Na2ZrO3轉(zhuǎn)化為ZrO(OH)2沉淀，過(guò)濾后得到濾液2中主要為氯化鈉，發(fā)生反應(yīng)為Na2ZrO3+2H+=2Na++ZrO(OH)2；再加入鹽酸進(jìn)行酸化壓濾，ZrO(OH)2與鹽酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化為ZrOCl2，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥制得水合氧氯化鋯，據(jù)此分析解答。

(1)根據(jù)分析，“堿燒”過(guò)程中生成“堿熔料”的化學(xué)方程式為ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O(或ZrSiO4+6NaOHNa4SiO4+Na2ZrO3+3H2O)；

(2)“水洗壓濾”工藝可以將30~70%的硅除去，根據(jù)圖示各種工藝變化對(duì)水洗除硅率的影響，當(dāng)水料比在3：1～4：1之間、混合后立即攪拌、攪拌時(shí)間30～60分鐘，可使除硅率最高，則為了提高除硅率應(yīng)采取的措施是水料比在3：1～4：1之間均可；混合后立即攪拌；攪拌時(shí)間30～60分鐘均可；

(3)根據(jù)分析，硅的去除還有一部分是通過(guò)上述流程中的“轉(zhuǎn)型壓濾”和“酸化壓濾”工藝實(shí)現(xiàn)的，這一部分硅轉(zhuǎn)化成的物質(zhì)是H2SiO3(或H4SiO4)；

(4)根據(jù)分析，水洗壓濾的主要目的是除硅，則轉(zhuǎn)型壓濾的主要目的是除去鈉或Na+或氯化鈉，轉(zhuǎn)型壓濾過(guò)程中生成ZrO(OH)2的離子方程式為Na2ZrO3+2H+=2Na++ZrO(OH)2；

(5)操作M包括蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥；上述工藝若不加改進(jìn)，鋯的損失會(huì)比較大，為了減少鋯的損失，應(yīng)該改進(jìn)的措施是將濾渣洗滌，并將洗滌液并入母液中，重復(fù)操作M；

(6)根據(jù)題意，25mL產(chǎn)品溶液消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)的量為0.02L×0.0125molL-1=0.00025mol，由于EDTA與ZrO2+在上述條件下以1：1比例反應(yīng)，則ZrO2+的物質(zhì)的量為0.00025mol，則3.220產(chǎn)品(水合氧氯化鋯)中水合氧氯化鋯的物質(zhì)的量=0.00025mol×=0.01mol，氧氯化鋯的物質(zhì)的量也為0.01mol，因此所含結(jié)晶水的質(zhì)量=3.22g-0.01mol×178g/mol=1.44g，則水的物質(zhì)的量為0.08mol，則氧氯化鋯與水的物質(zhì)的量的物質(zhì)的量之比=0.01mol:0.08mol=1:8，則水合氧氯化鋯的化學(xué)式為ZrOCl2·8H2O。