Question

【題目】鋯石(ZrSiO4)酷似鉆石且價格低廉，是鉆石很好的代用品。天然鋯石的主要成分是ZrSiO4，另外還常含有Fe、Al、Cu的氧化物雜質。工業上以天然鋯石為原料制備ZrO2的工藝流程如下：

已知：i．氯化過程中除C、O外，其他元素均轉化為其最高價氯化物；

ⅱ．Zr在化合物中通常顯+4價；ZrC14易溶于水，400　℃時升華；

ⅲ．“配合”生成的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。

(1)將鋯石“粉碎”的目的是_______________________________。

(2)“氯化”過程中，ZrSiO4發生反應的化學方程式為_______________，由下圖可知，“氯化”過程選擇的最佳反應條件是_________ ；若“氯化”溫度過高會導致ZrC14產率降低，原因是________。

(3)常用的銅抑制劑為NaCN，它可與重金屬離子生成沉淀，如Cu(CN)2，其Ksp＝4.0×10－10。已知鹽酸溶解后的溶液中Cu2+的濃度為1mol·L－1，若溶液中Cu2+的濃度小于等于1.0×10－6mol·L－1時可視為沉淀完全，則Cu2+沉淀完全時溶液中CN－的濃度為________molL－1。

(4)由于NaCN有劇毒，所以需要對“廢液”中的NaCN進行處理，通常選用漂白液(有效成分是NaClO)在堿性條件下將其氧化，其產物之一是空氣中的主要成分，則上述反應的離子方程式為___________。

(5)流程中“萃取”與“反萃取”可以分離鐵、富集鋯，簡述“萃取”的原理：________________。

Answer 1

【答案】增大反應物的接觸面積，加快反應速率，提高原料利用率 ZrSiO4+2Cl2+4CO=ZrC14+SiCl4+4CO2 1MPa、380~400℃ 高于400℃時ZrCl4升華，產率降低 0.02 2CN-+5C1O-+2OH-=2+5Cl-+N2↑+H2O Fe(SCN)3難溶于MIBK，則Zr(SCN)4被MIBK萃取進入有機層

【解析】

天然鋯石經過粉碎后，加入CO、Cl2，ZrSiO4反應為ZrC14和SiCl4，其它金屬變為FeCl3、AlCl3、CuCl2。加入NaOH后，濾液中是NaAlO2，沉淀中主要有H2SiO3、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，H2SiO3不溶。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，加入NH3，生成Zr(OH)4，煅燒后得到ZrO2。

(1)將鋯石粉碎的目的是增大接觸面積，加快反應速率，提高原料利用率；

(2)根據信息，“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；觀察圖像可知產率最高點時的壓強和溫度分別是1MPa、380~400℃；溫度過高會使ZrC14升華，導致產率降低；

(3)Cu2+沉淀完全時溶液中滿足：1.0×10-6c2(CN-)=4×10-10，即c(CN-)=0.02mol·L-1；

(4)漂白液的有效成分是NaClO，由題意知，發生反應的離子方程式為2CN-+5C1O-+2OH-=2+5Cl-+N2↑+H2O；

(5)“配合”后，Fe3+、Zr4+分別生成Fe(SCN)3、Zr(SCN)4；

Fe(SCN)3難溶于MIBK，Zr(SCN)4則被MIBK萃取進入有機層，從而達到分離鐵、富集鋯的目的。