Question

【题目】ZrO2是重要的耐温材料，可用作陶瓷遮光剂。天然锆英石(ZrSiO4)含有铁、铝、铜等金属元素的氧化物杂质，工业以锆英石为原料制备ZrO2的工艺流程如下：

已知：①锆英石中锆元素的化合价为+4 ，“氯化”过程中除C、O元素外，其他元素均转化为最高价氯化物 ②SiCl4极易水解；ZrCl4易溶于水 ③Fe(SCN)3难溶于有机溶剂MIBK； Zr(SCN)4在水中溶解度不大，易溶于有机溶剂MIBK。

(1) “氯化”过程中，锆英石发生的主要反应的化学方程式为：______________________________，ZrC14的产率随温度变化如图所示，由图可知氯化的最佳条件是_____________；

(2)“滤液1”中含有的阴离子除OH- 、Cl-，还有___________________；

(3)常用的铜抑制剂有Na2S、H2S、NaCN等，本流程使用NaCN除铜，不采用Na2S、H2S的原因是__________。

(4)实验室进行萃取和反萃取的玻璃仪器是_______。流程中萃取与反萃取的目的是_________。

Answer 1

【答案】)ZrSiO4+4CO+4Cl2 ZrCl4 +SiCl4+4CO2 360℃、1MPa AlO2- 、SiO32- S2-会将Fe3+还原成Fe2+，影响下一步除铁，同时可能会产生污染性气体 分液漏斗、烧杯 除去铁元素杂质

【解析】

根据流程：天然锆石的主要成分是ZrSiO4(还常含有Fe、Al、Cu的氧化物杂质)，将粉碎后的天然锆石用CO、Cl2氯化得到ZrCl4、SiCl4、AlCl3、FeCl3、CuCl2；用NaOH溶液碱浸时，SiCl4、AlCl3溶解为硅酸钠、偏铝酸钠，ZrCl4、FeCl3、CuCl2反应为Zr(OH)4、Fe(OH)3、Cu(OH)2沉淀，即为滤渣1；用盐酸溶解滤渣1得到ZrCl4、FeCl3、CuCl2；加入铜抑制剂除去铜[铜抑制剂可以为NaCN，生成沉淀为Cu(CN)2]，滤渣2为Cu(CN)2；向滤液2加入NH4SCN与ZrCl4、FeCl3发生配合反应得到Fe(SCN)3、Zr(SCN)4，加入 有机溶剂MIBK萃取，Fe(SCN)3难溶于MIBK，分液，Zr(SCN)4在有机层，将含有Zr(SCN)4的有机层用硫酸反萃取将Zr(SCN)4与MIBK分离；通入氨气沉锆，经过煅烧得到ZrO2，据此分析作答。

(1) 氯化过程中ZrSiO4与CO、Cl2在高温下反应生成ZnCl4、SiCl4和CO2，反应的化学方程式为：ZrSiO4+4CO+4Cl2ZnCl4+SiCl4+4CO2；由图可知，360℃、1MPa时，ZrCl4产率最高，此为氯化最佳条件；

(2)由流程分析可知，“滤液1”中含有的阴离子除OH- 、Cl-，还有AlO2- 、SiO32-；

(3)三价铁具有氧化性，S2-会将Fe3+还原成Fe2+，发生的反应为2Fe3++H2S=2Fe2++S+2H+(2Fe3++S2-=2Fe2++S)，影响下一步除铁，同时可能会产生污染性H2S气体，故本流程使用NaCN除铜，不采用Na2S、H2S；

(4)实验室进行萃取和反萃取的玻璃仪器是分液漏斗、烧杯；根据已知信息“生成的Fe(SCN)3难溶于MIBK，Zr(SCN)4在水中的溶解度小于在MIBK中的溶解度”可知，流程中萃取与反萃取的目的是除去铁元素杂质。