Question

【題目】一種類似鉆石的裝飾品——鋯石(ZrSiO4)，其做為裝飾品，價格低廉，外觀璀璨。天然鋯石中常含有Fe、Al、Cu的氧化物雜質，稱為鋯英石。工業(yè)上一種以鋯英石為原料制備ZrO2的工藝流程如下：

Ⅰ. Zr在化合物中通常顯價，氯化過程中除C、O元素外，其它元素均轉化為其高價氯化物；

Ⅱ.SiCl4極易水解生成硅酸；ZrCl4易溶于水，400℃升華

Ⅲ.Fe(SCN)3難溶于MIBK，Zr (SCN) 4在水中的溶解度小于在MIBK中的溶解度。

請回答下列問題

(1)濾渣1的主要成分是：______________

(2)①“氯化”過程中，鋯石(ZrSiO4)發(fā)生反應的化學方程式為______________

②ZrCl4產(chǎn)率隨溫度、壓強的變化如圖所示，回答問題

“氯化”過程選擇的最佳條件為_______；“氯化”環(huán)節(jié)產(chǎn)率隨溫度升高先增大后減小的原因為______

(3)“濾液1”中含有的陰離子，除OH-外還有____________________

(4)①常用的銅抑制劑為NaCN (氰化鈉)，NaCN可與重金屬陽離子反應，生成溶度積較小的沉淀(如Cu(CN)2，Ksp=4×10-10)，已知鹽酸溶解后的溶液中Cu2+的濃度為1mol/L，若需要溶液中Cu2+濃度等于1.0×10-6 mol/L，則預處理1L該溶液需要1mol/LNaCN溶液的體積為_____________(假設溶液混合后體積可以相加，計算結果保留兩位小數(shù))

②由于氰化鈉有劇毒，因此需要對“廢液”中的氰化鈉進行處理，通常選用漂白粉或漂白液在堿性條件下將其氧化，其中一種產(chǎn)物為空氣的主要成分，則在堿性條件下漂白液與氰化鈉反應的離子方程式為_____________

Answer 1

【答案】Zr (OH) 4 ZrSiO4+4Cl2+4CO=ZrCl4+SiCl4+4CO2 1×106Pa，390℃ 溫度升高，化學反應速率加快，相同的時間內生成的產(chǎn)物更多；溫度過高，產(chǎn)物升華，產(chǎn)率降低 SiO32-、AlO2-、Cl- 2.06L 2CN-+5ClO-+2OH-=2CO32-+5Cl-+N2↑+H2O

【解析】

天然鋯石經(jīng)過粉碎后，加入CO、Cl2，ZrSiO4反應為ZrC14和SiCl4，其它金屬變?yōu)?/span>FeCl3、AlCl3、CuCl2。加入NaOH后，濾液中含有NaOH、NaCl、NaAlO2、Na2SiO3，沉淀中主要有Fe(OH)3、Zr(OH)4、Cu(OH)2。加入HCl后，Fe(OH)3、Cu(OH)2、Zr(OH)4溶于HCl。加入Cu抑制劑，除去Cu雜質。加入NH4SCN后，Fe3+和Zr4+形成配合物Fe(SCN)3、Zr(SCN)4。加入有機溶劑MIBK，將Zr(SCN)4萃取到有機層，再用H2SO4將Zr(SCN)4萃取到水層，通入NH3，生成Zr(OH)4，煅燒后得到ZrO2。

(1)濾渣1中含有Zr(OH)4、Fe(OH)3、Cu(OH)2，主要成分是Zr(OH)4；

(2)①根據(jù)信息，“氯化”過程中，ZrSiO4與氯氣、CO反應的生成物中含有ZrC14、SiCl4，同時根據(jù)氧化還原反應原理可知生成物中還含有CO2，故反應的化學方程式為ZrSiO4+2Cl2+4CO=ZrC14+SiCl4+4CO2；

②觀察圖像可知產(chǎn)率最高點時的壓強和溫度分別是1×106Pa，390℃；“氯化”環(huán)節(jié)產(chǎn)率隨溫度升高先增大后減小的原因為溫度升高，化學反應速率加快，相同的時間內生成的產(chǎn)物更多；溫度過高，產(chǎn)物升華，產(chǎn)率降低；

(3)“濾液1”中含有NaOH、NaCl、NaAlO2、Na2SiO3，陰離子除OH-外還有SiO32-、AlO2-、Cl-；

(4)①沉淀Cu2+需要2 L 1 mol/L NaCN溶液，根據(jù)Ksp=c( Cu2+)×c2(CN-),代入Ksp=4×10-10、c(Cu2+)=1.0×10-6 mol/L計算，可得最終混合液中c(CN-)=2.0×10-2mol/L。設所需體積為(2+x)L，則有x=2.00×10-2×(3+x)，計算得x≈0.06，所以最終需要2.06 L溶液；

②)漂白液或漂白液的有效成分都含有ClO-，由題意知氮元素氧化生成N2，碳元素氧化生成CO32-， ClO-還原成Cl-，結合原子個數(shù)守恒、電子守恒進行配平，發(fā)生反應的離子方程式為2CN-+5ClO-+2OH-=2CO32-+5Cl-+N2↑+H2O。