Question

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

（1）ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O；H2SiO3（或H4SiO4）；

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

（3）2NH4++CaCO3Ca2++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）加NaOH熔融，ZrSiO4转化为Na2SiO3和Na2ZrO3，加过量盐酸酸浸，Na2SiO3与HCl生成硅酸沉淀，滤液中含有ZrO2+、Fe3+、Al3+，加氨水调节pH为5.2～6.2，使Fe3+、Al3+转化为氢氧化物沉淀，过滤，滤液中主要含有ZrO2+，再加氨水调节pH使ZrO2+转化为Zr（OH）4沉淀，过滤、洗涤，得到Zr（OH）4，加热分解，即可得到ZrO2；

（1）高温下，ZrSiO4与NaOH反应生成Na2SiO3和Na2ZrO3，其反应的方程式为：ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O；加过量盐酸酸浸，Na2SiO3与HCl生成硅酸沉淀，过滤，滤渣为H2SiO3；故答案为：ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O；H2SiO3；

（2）需用氨水调pH=a，使Fe3+、Al3+转化为氢氧化物沉淀，而ZrO2+不能沉淀，根据表中数据可知：pH在5.2～6.2时Fe3+、Al3+完全沉淀，而ZrO2+不沉淀；加氨水至pH=b时，ZrO2+与NH3•H2O反应生成Zr（OH）4沉淀，其反应的离子方程式为：ZrO2++2NH3•H2O+H2O=Zr（OH）4↓+2NH4+；故答案为：5.2～6.2；ZrO2++2NH3•H2O+H2O=Zr（OH）4↓+2NH4+；

（3）过滤Ⅲ所得滤液中主要含有铵根离子，溶液显酸性，加入CaCO3粉末并加热得到氨气和二氧化碳，其反应的离子方程式为：2NH4++CaCO3Ca2++2NH3↑+CO2↑+H2O；故答案为：2NH4++CaCO3Ca2++2NH3↑+CO2↑+H2O；

（4）沉淀上附着的杂质为氯离子，用稀硝酸和硝酸银来检验洗液中是否含有氯离子即可，其操作为：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；故答案为：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。