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天空第二课堂航天员王亚平展示了一段锆金属熔化与凝固的实验：熔化的金属锆小球在降温后突然发光，形成“再辉”现象。
习题展示：
1.（年4月泰安二模）16.（12分）天空课堂第二课中航天员展示了金属锆（40Zr）在无容器实验柜中从液体变成固体时的“再辉”现象。锆是现代工业的重要金属原料，以锆英石（主要成分是ZrSiO4，还含有少量Al2O3、SiO2、Fe2O3等杂质）为原料生产锆的流程如图所示：
已知：常温下，ZrCl4是白色固体，K升华，遇水强烈水解：ZrCl4+9H2O=ZrOCl2?8H2O↓+2HCl。请回答下列问题：
(1)“高温气化”中可发生多个反应，写出发生的主要反应的化学方程式是_______。
(2)“分馏、分离”中分馏应使用________型冷凝管。为防止产品变质，过程中一定需要注意的是____________________。液体a的电子式是_______________。
（3）实验室中洗涤ZrOCl2?8H2O沉淀的操作是___________________。
（4）“还原”中氧化剂是_______________(填化学式)。
(5)由于锆铪（Hf）矿石共生，这样制得的锆中常含有少量的铪，需要进一步分离提纯。
第一步：溶解分离
将样品溶于氢氟酸后再加入一定量KOH溶液，锆和铪均以[MF6]2-存在。
①已知在水中K2HfF6比K2ZrF6的溶解度大，且K2ZrF6的溶解度随温度的升高而增大，可以利用______________方法进行分离。
②离子交换法：利用强碱型酚醛树脂R-N(CH3)3+Cl-阴离子交换剂进行交换分离，原理是：
2RN(CH3)3Cl+K2ZrF6=[RN(CH3)3]ZrF6+2KCl
2RN(CH3)3Cl+K2HfF6=[RN(CH3)3]HfF6+2KCl。然后再用HF和HCl混合溶液为淋洗剂，将这两种阴离子先后被淋洗下来，达到分离的目的。这种方法能够将锆、铪分离的原因是______。
③将所得溶液与有机相磷酸三丁酯（TBP）充分混合、振荡，可以达到Zr与Hf分离。这种分离方法是______。
第二步：高温还原
在高温条件下，加入铝将制得的K2ZrF6还原可得锆，反应的方程式是______。
答案：（1）ZrSiO4＋4C+4Cl2ZrCl4↑＋SiCl4↑＋4CO↑（2分）
（2）直（1分）保持干燥环境（1分）（1分）
（4）ZrO2（1分）
(5)①重结晶（1分）②锆、铪配离子[MF6]2-与阴离子交换树脂的结合能力不同（1分）（溶剂）萃取（1分）3K2ZrF6+4Al6KF+4AlF3+3Zr（2分）
2.锆（Zr）是一种重要的稀有元素。（1）由锆英石（ZrSiO4）可制取ZrOC12-8H2O①用碳熔炼锆英石制碳化锆的化学方程式为：ZrSiO4＋3CZrC＋SiO2＋2CO↑，该反应中氧化剂与还原剂的质量比为。②用烧碱熔ZrC制取Na2ZrO3，完成该反应的化学方程式：□ZrC+□NaOH+□□Na2ZrO3+□CO2+□H2O③碱熔料用盐酸浸出可得ZrOC12溶液。通过蒸发结晶从该溶液中获得ZrOC12-8H2O，还需用浓盐酸控制酸度，原因是。（2）ZrOC12-8H2O具有多方面的用途。用ZrOC12-8H2O和YC13制备Y2O3－－ZrO2复合粉体的流程如下：①共沉淀时，生成Zr(OH)4的化学方程式为。②当共沉淀恰好完全时，溶液中c(Zr4＋)=。（已知Ksp[Zr(OH)4]=6.4×10—49，Ksp[Y(OH)3]=8.0×10—23；溶液中离子浓度为1×10－5mol?L－1时，可认为沉淀完全）③将制得的一种复合粉体溶于水后，测得其微粒的平均直径为30nm，该分散系属于。
答案：（15分）（1）①1∶2（2分）②ZrC+2NaOH+2O2Na2ZrO3+CO2+H2O（3分）③防止ZrO2+的水解（2分）（2）①ZrOCl2+2NH3?H2O+H2O=Zr(OH)4↓+2NH4Cl（3分）②4.0×10—26mol·L—1（3分）③胶体（2分）
解析：（1）①碳元素的化合价既升高又降低，C既是氧化剂又是还原剂，ZrC是还原产物，CO是氧化产物，且还原产物与氧化产物的物质的量之比为1∶2，则氧化剂与还原剂的物质的量或质量之比为1∶2；②碳元素由—4价升为+4价，被氧气氧化，氧元素由0价降为—2价，根据化合价升降总数相等、原子守恒配平可得，ZrC+2NaOH+2O2Na2ZrO3+CO2+H2O；③用盐酸酸浸、控制酸度的主要目的是抑制盐类的水解或防止ZrO2+的水解；（2）①读图可知，共沉淀发生复分解反应，则反应式为ZrOCl2+2NH3?H2O+H2O=Zr(OH)4↓+2NH4Cl；②当Y3+沉淀完全时，由Y(OH)3(s)Y3+(aq)+3OH—(aq)可知，c(OH—)===2.0×10—6mol?L—1，由Zr(OH)4(s)Zr4+(aq)+4OH—(aq)可知，c(Zr4+)==mol?L—1=4.0×10—26mol?L—1；③1nm30nmnm，则该分散系属于胶体。
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老杨化学
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