Question

【題目】無色透明的鋯石(主要成分為ZrSiO4)酷似鉆石，是很好的鉆石代用品。鋯石又稱鋯英石，常含有鐵、鋁、銅的氧化物雜質(zhì)。工業(yè)上一種以鋯英石為原料制備ZrO2的工藝流程如圖所示：

己知：i.Zr在化合物中通常顯+4價，“氯化”過程中除C、O元素外，其他元素均轉(zhuǎn)化為高價氯化物；

ii.SiC14極易水解生成硅酸；ZrC14易溶于水，390℃升華；

iii.Fe(SCN)3難溶于有機溶劑MIBK，Zr(SCN)4在水中的溶解度小于在有機溶劑MIBK中的溶解度。

請回答下列問題：

(1)“粉碎”鋯英石的目的為 ___。

(2)①“氯化”過程中，鋯英石發(fā)生的主要反應的化學方程式為 ___。

②“氯化”過程中ZrC14的產(chǎn)率與溫度、壓強的關系如圖所示：

由圖可知，“氯化”過程選擇的最佳條件為____，“氯化”溫度超過390℃時，ZrC14產(chǎn)率降低的原因為 ___。

(3)“濾液1”中含有的陰離子除OH-、Cl-外，還有 _______。

(4)①常用的銅抑制劑有NaCN(氰化鈉)，NaCN可與銅離子反應生成Cu(CN)2{Ksp[Cu(CN)2]=4×10-10}沉淀。己知鹽酸溶解后的溶液中Cu2+的濃度為1 molL-1，當溶液中Cu2+濃度不大于1×10-6 molL-1時即達到后續(xù)生產(chǎn)的要求，則欲處理1L該溶液至少需要2molL-1的NaCN溶液的體積為____L(溶液混合時的體積變化忽略不計，計算結(jié)果保留兩位小數(shù))。

②由于氰化鈉有劇毒，所以需要對“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氰化鈉氧化，其中一種產(chǎn)物為空氣的主要成分。請寫出在堿性條件下漂白液與氰化鈉反應的離子方程式____。

(5)通過“萃取”“反萃取”可以分離鐵，富集鋯，原理為____。

Answer 1

【答案】增大反應物接觸面積，縮短“氯化”時間，提高鋯英石的轉(zhuǎn)化率 ZrSiO4+4Cl2+4CO===ZrCl4+SiCl4+4CO2 1 MPa、390℃ 溫度高于390℃，ZrCl4因升華而逸出 AlO2-、SiO32- 1.02 2CN-+5ClO-+2OH-===2CO32-+5Cl-+N2↑+H2O “絡合”后Fe3+和Zr4+分別與NH4SCN反應生成Fe(SCN)3和Zr(SCN)4，Fe(SCN)3難溶于MIBK，Zr(SCN)4則被MIBK萃取，進入有機層，再利用H2SO4反萃取Zr(SCN)4，從而達到分離鐵，富集鋯的目的

【解析】

由題干可知，天然鋯英石的主要成分是ZrSiO4，常含有Fe、Al、Cu等金屬的氧化物雜質(zhì)。根據(jù)反應流程，將粉碎后的天然鋯英石用CO和Cl2氯化，得到ZrCl4、SiCl4、AlCl3、FeCl3、CuCl2，之后用NaOH溶液堿浸，SiCl4、AlCl3被溶解為硅酸鈉、偏鋁酸鈉，過濾后得到濾液1，ZrCl4、FeCl3、CuCl2與NaOH反應生成Zr(OH)4、Fe(OH)3、Cu(OH))2沉淀，過濾后得到濾渣1。濾渣1用鹽酸溶解得到ZrCl4、FeCl3、CuCl2的混合溶液，向其中加入銅抑制劑(可以是NaCN，生成沉淀為Cu(CN)2)除去銅，濾渣2即為Cu(CN)2。向濾液2加入NH4SCN，NH4SCN與ZrCl4、FeCl3發(fā)生絡合反應得到Fe(SCN)3和Zr(SCN)4，加入有機溶劑MIBK萃取，已知Fe(SCN)3難溶于MIBK，Zr(SCN)4易溶于MIBK，所以分液后，Zr(SCN)4在有機層MIBK中。用硫酸將含有Zr(SCN)4的有機層反萃取，使Zr(SCN)4分離出MIBK，通入氨氣實現(xiàn)沉鋯，最后沉淀經(jīng)過煅燒得到ZrO2。

結(jié)合上述

(1)鋯英石“粉碎”后表面積增大，反應速率加快，“氯化”時間縮短，鋯英石的轉(zhuǎn)化率提高。故答案為：增大反應物接觸面積，縮短“氯化”時間，提高鋯英石的轉(zhuǎn)化率；

(2)①根據(jù)已知條件i可知，“氯化”過程中除C、O元素外，其他元素均轉(zhuǎn)化為高價氯化物，Zr在化合物中通常顯+4價，因此“氯化”過程中，鋯英石發(fā)生的主要化學反應為ZrSiO4+4Cl2+4CO===ZrCl4+SiCl4+4CO2，此反應體系為無水體系，SiCl4不水解，故答案為：ZrSiO4+4Cl2+4CO===ZrCl4+SiCl4+4CO2；

②由圖可知,壓強和溫度都會影響ZrCl4的產(chǎn)率，圖中“氯化”過程中ZrCl4的產(chǎn)率最高時的條件為1 MPa、390℃。由已知條件ii可知ZrCl4易溶于水，390℃升華，因此若“氯化”溫度超過390℃，ZrCl4因升華而逸出，導致其產(chǎn)率降低，故答案為：1 MPa、390℃；溫度高于390℃，ZrCl4因升華而逸出；

(3)“氯化”后“堿浸”，“氯化”產(chǎn)物ZrCl4與NaOH反應生成難溶于水的Zr(OH)4，SiCl4水解生成的H2SiO3與NaOH反應生成Na2SiO3，Fe3+、Cu2+轉(zhuǎn)化為沉淀，Al3+與過量NaOH溶液反應生成AlO2-，因此，“濾液1”中含有的陰離子除0H、CI外，還有AlO2-、SiO32-，故答案為：AlO2-、SiO32-；

(4)①1 L Cu2+濃度為1 mol/L的溶液中n(Cu2+)=1 mol，消耗2 mol NaCN。c(Cu2+) =1×10-6 mol/L時，，設至少需要NaCN溶液的體積為V L，則2V-2 =2×10-2×(V+1)，解得V≈1.02，故答案為：1.02；

②選用漂白粉或漂白液在堿性條件下將氰化鈉氧化，其中一種產(chǎn)物為空氣的主要成分，即為N2，因此漂白液與氰化鈉反應的離子方程式為：2CN-+5ClO-+2OH-===2CO32-+5Cl-+N2↑+H2O，故答案為：2CN-+5ClO-+2OH-===2CO32--+N2↑+H2O ；

(5)“濾液2”中含有Fe3+和Zr4+,“絡合”后形成Fe(SCN)3和Zr(SCN)4，由已知條件iii可知Fe(SCN)3難溶于MIBK，Zr(SCN)4在水中的溶解度小于在有機溶劑MIBK中的溶解度，通過萃取Zr(SCN)4進入有機層，Fe(SCN)3留在水層，再利用用硫酸將含有Zr(SCN)4的有機層反萃取，從而達到分離鐵而富集鋯的目的，故答案為：“絡合”后Fe3+和Zr4+分別與NH4SCN反應生成Fe(SCN)3和Zr(SCN)4，Fe(SCN)3難溶于MIBK，Zr(SCN)4則被MIBK萃取，進入有機層，再利用H2SO4反萃取Zr(SCN)4，從而達到分離鐵，富集鋯的目的。