[题目]二氧化锆(ZrO2)是最重要的氧离子固体电解质.用于制造燃料电池.氧气含量测定仪等.可由锆英砂(主要成分为ZrSiO4.也可表示为ZrO2·SiO2,含有少量Fe2O3.Al2O3.SiO2杂质)通过如工艺流程法制得.已知:①ZrO2具有两性.高温与纯碱共熔生成可溶于水的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� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

【题目】二氧化锆(ZrO2)是最重要的氧离子固体电解质，用于制造燃料电池、氧气含量测定仪等。可由锆英砂（主要成分为ZrSiO4，也可表示为ZrO2·SiO2；含有少量Fe2O3、Al2O3、SiO2杂质）通过如工艺流程法制得。

已知：①ZrO2具有两性，高温与纯碱共熔生成可溶于水的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	Fe3+	Al3+	ZrO2+
开始沉淀时pH	1.9	3.3	6.2
沉淀完全时pH	3.2	5.2	8.0

请回答下列问题：

（1）已知Zr元素的原子序数是40，请写出它在周期表中的位置：____________________________。

（2）烧结时ZrSiO4发生反应的化学方程式为__________________________；滤渣1的化学式为__________。

（3）调节pH=a时，a的范围应该是__________________；用氨水调节pH=b时，所发生反应的离子方程式为_______________________________________。

（4）本题的流程中，一共有三步过滤操作，北中最后一步过滤所得的Zr(OH)4沉淀需要洗涤，证明该沉淀已经洗涤干净的最佳操作方法是：______________________________________。

（5）工业上用铝热法冶炼锆，写出以ZrO2通过铝热法制取锆的化学方程式：________________。

（6）一种新型燃料电池用掺杂Y2O3的ZrO2晶体作电解质在熔融状态下传导O2-，一极通入空气，另一极通入乙烷，写出负极的电极反应式：________________________________。

【答案】第五周期，ⅣB族 ZrSiO4 + 2Na2CO3Na2ZrO3 + Na2SiO3 +2CO2↑ H2SiO3(或H4SiO4) 5.2≤pH<6.2 ZrO2+ +2NH3·H2O + H2O＝Zr(OH)4↓+2NH4+ 取最后一次洗涤液，(用盐酸酸化)加入BaCl2溶液，没有白色沉淀生成，证明沉淀已经洗干净 3ZrO2 + 4Al3Zr + 2Al2O3 2C2H6－28e－+ 14O2－＝4CO2 +6H2O

【解析】已知Zr元素的原子核外电子排布由里往外依次为2、 8 、18、 10、 2，在周期表中的位置为第五周期，ⅣB族；正确答案：五周期，ⅣB族。

（2）ZrSiO4 与Na2CO3固体在高温下发生反应，生成Na2ZrO3 、Na2SiO3和CO2气体；正确答案：ZrSiO4 + 2Na2CO3Na2ZrO3 + Na2SiO3+2CO2↑。硅酸钠溶液与过量的稀硫酸反应，生成硅酸或原硅酸沉淀，所以滤渣1为 H2SiO3(或H4SiO4)；正确答案：H2SiO3(或H4SiO4)。

（3）用氨水调节溶液的pH，目的是使Fe3+ 、 Al3+沉淀完全，以此达到除去两种离子的目的，根据图表信息可知：5.2≤pH<6.2；根据流程可知用氨水调节pH=b时，溶液中的ZrO2+与氨水反应生成Zr(OH)4沉淀，；离子方程式为ZrO2+ +2NH3·H2O + H2O＝Zr(OH)4↓+2NH4+ ；正确答案：5.2≤pH<6.2 ； ZrO2+ +2NH3·H2O+H2O＝Zr(OH)4↓+2NH4+ 。

（4）ZrOSO4溶液与NH3·H2O反应生成Zr(OH)4和硫酸铵溶液，所以Zr(OH)4沉淀上可能附有硫酸铵，因此检验硫酸根离子是否存在就可以达到实验目的；正确答案：取最后一次洗涤液，(用盐酸酸化)加入BaCl2溶液，没有白色沉淀生成，证明沉淀已经洗干净。

（5）高温下，金属铝与氧化锆反应置生成锆和氧化铝；正确答案：3ZrO2 + 4Al3Zr + 2Al2O3。

（6）乙烷燃料电池，乙烷在负极发生氧化反应，乙烷被氧化为CO2；正确答案：2C2H6－28e－+ 14O2－＝4CO2 +6H2O。

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