Question

14．二氧化鈰（CeO₂）是一種重要的稀土氧化物．平板電視顯示屏生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的廢玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂等物質(zhì)）．某課題小組以此粉末為原料，設(shè)計資源回收的工藝流程如下：

（1）寫出第①步反應(yīng)的離子方程式SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O．
（2）洗滌濾渣B的目的是為了除去Fe³⁺（填離子符號），檢驗(yàn)該離子是否洗凈的方法是取最后一次洗滌液，加入KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈，否則未洗凈．
（3）寫出第③、⑤步反應(yīng)的化學(xué)方程式2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄═Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O；4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄．
（4）制備綠礬（FeSO₄•7H₂O）時，向Fe₂（SO₄）₃溶液中加入過量鐵屑，充分反應(yīng)后，經(jīng)過濾得到FeSO₄溶液，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等操作步驟得到綠礬．
（5）取上述流程中得到的Ce（OH）₄產(chǎn)品（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為86%）1.000g，加硫酸溶解后，用0.1000mol/LFeSO₄溶液滴定至終點(diǎn)（鈰被還原成Ce³⁺），則需準(zhǔn)確滴加標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積為43.14mL．

Answer 1

分析 由流程可知：第①步反應(yīng)廢玻璃粉末加氫氧化鈉溶液后過濾，得到濾渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂；濾渣A（Fe₂O₃、CeO₂）加稀硫酸后過濾得濾液B是硫酸鐵溶液，濾渣B的成分是CeO₂；第③步反應(yīng)CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應(yīng)生成Ce³⁺和O₂；第④步反應(yīng)Ce³⁺加堿生成Ce（OH）₃懸濁液；第⑤步反應(yīng)Ce（OH）₃懸濁液被氧化生成Ce（OH）₄．
（1）根據(jù)廢玻璃粉末的成分（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂等物質(zhì)），可知能與氫氧化鈉反應(yīng)的只有二氧化硅；
（2）濾渣B上附著Fe₂（SO₄）₃，洗滌是為了除去Fe³⁺，檢驗(yàn)鐵離子是否洗凈可取最后一次洗滌液，用KSCN溶液檢驗(yàn)；
（3）第③步反應(yīng)CeO₂與H₂O₂、稀H₂SO₄反應(yīng)生成Ce³⁺和O₂，第⑤步反應(yīng)Ce（OH）₃懸濁液與氧氣、水反應(yīng)生成Ce（OH）₄；
（4）由FeSO₄溶液制備綠礬（FeSO₄•7H₂O）時，應(yīng)經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等操作步驟得到；
（5）鈰被還原成Ce³⁺，則Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，根據(jù)守恒列式計算可得需準(zhǔn)確滴加標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積．

解答 解：（1）根據(jù)廢玻璃粉末的成分（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂等物質(zhì)），可知能與氫氧化鈉反應(yīng)的是二氧化硅．其離子方程式為SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O，
故答案為：SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O；
（2）經(jīng)分析濾渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂；第②步反應(yīng)Fe₂O₃與稀硫酸作用生成Fe₂（SO₄）₃，洗滌濾渣B的目的顯然是為了除去 Fe³⁺，檢驗(yàn)鐵離子是否洗凈的方法是取最后一次洗滌液，加入KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈，否則未洗凈，
故答案為：Fe³⁺；取最后一次洗滌液，加入KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈，否則未洗凈；
（3）第③步反應(yīng)CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應(yīng)生成Ce³⁺，Ce元素由+4價變?yōu)?3價，被還原；則H₂O₂應(yīng)被氧化生成O₂，然后配平得出第③步反應(yīng)的化學(xué)方程式 2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄═2Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O；第⑤步反應(yīng)Ce（OH）₃懸濁液與氧氣、水反應(yīng)生成Ce（OH）₄，反應(yīng)方程式為：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄，
故答案為：2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄═Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O；4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄；
（4）綠礬（FeSO₄•7H₂O）是結(jié)晶水合物，固體加熱易分解；故由FeSO₄溶液制備綠礬（FeSO₄•7H₂O）時，應(yīng)經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥等操作步驟得到，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；
（5）由已知條件：取上述流程中得到的Ce（OH）₄產(chǎn)品（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為86%）1.000g，加硫酸溶解后得Ce⁴⁺，用0.1000mol/LFeSO₄溶液滴定至終點(diǎn)，鈰被還原成Ce³⁺，則Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，反應(yīng)關(guān)系式為：Ce（OH）₄～Ce³⁺～e^-～Fe²⁺～Fe³⁺，則n（Ce（OH）₄）=n（FeSO₄）=1.000g×86%÷208g/mol=0.004314mol，滴加標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積V=$\frac{n}{c}$=$\frac{0.004314mol}{0.1000mol/L}$=0.04314L=43.14mL，
故答案為：43.14．

點(diǎn)評 本題以工藝流程為基礎(chǔ)，考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、元素及化合物知識、化學(xué)計算、氧化還原反應(yīng)等相關(guān)知識，題目難度中等，明確實(shí)驗(yàn)流程及反應(yīng)原理為解答關(guān)鍵，試題有利于培養(yǎng)學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計算能力．