Question

鋯（Zr）主要用于核反應堆燃料棒的包層，這是因為含有1.5%Sn的鋯合金具有在輻射下穩(wěn)定的抗腐蝕性和機械性．以斜鋯石（ZrO₂）生產(chǎn)金屬鋯的生產(chǎn)過程示意圖如下：

（1）寫出斜鋯石轉(zhuǎn)化為四氯化鋯的化學反應方程式：

 

（2）已知：
①Mg（l）+Cl₂（g）=MgCl₂（s）；△H=akJ?mol^-1
②Zr（s）+2Cl₂（g）=ZrCl₄（g）；△H=bkJ?mol^-1
則2Mg（l）+ZrCl₄（g）=2MgCl₂（s）+Zr（s）；△H=

 

該反應在Ar氣氛中進行的理由是

 

．
（3）ZrCl₄是白色固體，在潮濕的空氣中“冒煙”．這是因為ZrCl₄易發(fā)生

 

反應，生成了

 

．
（4）2011年3月發(fā)生的日本福島核電站爆炸，其原因是鋯在高溫下與水蒸氣反應產(chǎn)生大量氫氣，同時伴隨著放熱，最后氫氣與空氣混合發(fā)生爆炸．所發(fā)生的置換反應的化學方程式是

 

．
（5）-種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入甲烷；電解質(zhì)是摻雜氧化釔（Y₂O₃）的氧化鋯（ZrO₂）晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導0^2-在熔融電解質(zhì)中，O^2-向

 

 （填正、負）極移動．電池正極的電極反應式為

 

，負極的電極反應式為

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)流程信息，知道斜鋯石在高溫下，可以和焦炭以及氯氣反應得到四氯化鋯；
（2）根據(jù)蓋斯定律來計算化學反應的焓變，并根據(jù)氬氣的化學性質(zhì)穩(wěn)定，結(jié)合金屬的化學性質(zhì)來回答；
（3）根據(jù)ZrCl₄易發(fā)生水解，且氯化氫極易吸收空氣中的水蒸汽而出現(xiàn)白霧來回答；
（4）根據(jù)信息：鋯在高溫下與水蒸氣反應產(chǎn)生大量氫氣，結(jié)合置換反應的概念以及原子守恒來書寫方程式；
（5）甲烷具有還原性，為原電池的負極，被氧化，電極反應式為CH₄-8e^-+4O^2-═CO₂+2H₂O，通入空氣的一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-=2O^2-，總反應式為CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O，以此解答該題，注意電解質(zhì)和離子的定向移動方向；

解答：解：（1）根據(jù)流程信息知道斜鋯石在高溫下，可以和焦炭以及氯氣反應得到四氯化鋯，發(fā)生的化學反應方程式為：ZrO₂+2C+2Cl₂ 

900℃  .

ZrCl₄+2CO，
故答案為：ZrO₂+2C+2Cl₂ 

900℃  .

ZrCl₄+2CO；
（2）已知：
①Mg（l）+Cl₂（g）=MgCl₂（s）；△H=akJ?mol^-1
②Zr（s）+2Cl₂（g）=ZrCl₄（g）；△H=bkJ?mol^-1
則反應2Mg（l）+ZrCl₄（g）=2MgCl₂（s）+Zr（s）可以通過2×①-②得到，根據(jù)蓋斯定律，該化學反應的焓變?yōu)椋?a-b）kJ/mol，該反應在Ar氣氛中進行，這樣可以防止金屬和空氣中的成分之間發(fā)生化學反應，故答案為：（2a-b） kJ/mol；防止金屬在高溫下與空氣中的O₂、CO₂、N₂反應；
（3）ZrCl₄在潮濕的空氣易發(fā)生水解反應，生成的氯化氫易形成鹽酸液滴而導致的，故答案為：水解；鹽酸酸霧；
（4）鋯在高溫下與水蒸氣反應產(chǎn)生大量氫氣，根據(jù)置換反應的概念，還會生成一種化合物，根據(jù)元素守恒，知道該化合物是ZrO₂，即Zr+2H₂O

高溫  .

ZrO₂+2H₂，
故答案為：Zr+2H₂O

高溫  .

ZrO₂+2H₂；
（5）甲烷具有還原性，為原電池的負極，被氧化，電極反應式為CH₄-8e^-+4O^2-═CO₂+2H₂O，通入空氣的一極為原電池的正極，發(fā)生還原反應，電極反應式為O₂+4e^-=2O^2-，在原電池中，電解質(zhì)里的陰離子移向負極，故答案為：負；O₂+4e^-═2O^2-；CH₄-8e^-+4O^2-═CO₂+2H₂O．

點評：本題考查了物質(zhì)制備的流程分析產(chǎn)物判斷，化學方程式的分析書寫方法，物質(zhì)性質(zhì)的中和應用，原電池反應原理的應用，電極反應書寫，題目難度中等．