Question

3．平板電視顯示屏生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的廢玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物質(zhì)）．某課題以此粉末為原料，設(shè)計(jì)如下工藝流程對(duì)資源進(jìn)行回收，得到Ce（OH）₄和硫酸鐵銨礬：

已知：
�。�酸性條件下，鈰在水溶液中有Ce³⁺、Ce⁴⁺兩種主要存在形式，Ce³⁺易水解，Ce⁴⁺有較強(qiáng)氧化性．
ⅱ．CeO₂不溶于稀硫酸
ⅲ．硫酸鐵銨[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O]廣泛用于水的凈化處理．
（1）濾液A的主要成分Na₂SiO₃ （填寫化學(xué)式）
（2）寫出反應(yīng)①的離子方程式2CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂+4H₂O
（3）反應(yīng)①之前要洗滌濾渣B，對(duì)濾渣B進(jìn)行“漂洗”的實(shí)驗(yàn)操作方法是沿玻璃棒向漏斗中加蒸餾水至沒(méi)過(guò)沉淀，待水流過(guò)漏斗頸，重復(fù)2-3次．
（4）稀土元素的提純，還可采用萃取法．已知化合物HT作為萃取劑能將鈰離子從水溶液中萃取出來(lái)，過(guò)程表示為Ce₂（SO₄）₃ （水層）+6HT（有機(jī)層）═2CeT₃（有機(jī)層）+3H₂SO₄（水層），分液得到CeT₃ （有機(jī)層），再加入H₂SO₄獲得較純的含Ce³⁺的水溶液．可選擇硫酸作反萃取的原因是加入硫酸，可使平衡向左進(jìn)行，使Ce³⁺進(jìn)入水層．
（5）用滴定法測(cè)定制得的Ce（OH）₄產(chǎn)品純度．

所用FeSO₄溶液在空氣中露置一段時(shí)間后再進(jìn)行滴定，則測(cè)得該Ce（OH）₄產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大．（填“偏大”、“偏小”或“無(wú)影響”）
（6）已知pH＞11時(shí)Zn（OH）₂能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）₄]^2-．用FeSO₄溶液（含有ZnSO₄雜質(zhì)）來(lái)制備硫酸鐵銨礬．實(shí)驗(yàn)中可選用的試劑：KMnO₄溶液，30%H₂O₂，NaOH溶液，飽和石灰水，稀 H₂SO₄溶液，稀鹽酸．
實(shí)驗(yàn)步驟依次為：
①向含有ZnSO₄雜質(zhì)的FeSO₄溶液中，加入足量的NaOH溶液，過(guò)濾，洗滌；
②將沉淀溶于稀硫酸中，并加入30%H₂O₂溶液，充分反應(yīng)；
③向②中得到的溶液中加入硫酸銨溶液，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾、洗滌、常溫晾干，得硫酸鐵銨晶體（NH₄） Fe（SO₄）₂•12H₂O．

Answer 1

分析 廢玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物質(zhì)）加入NaOH溶液，SiO₂和NaOH溶液反應(yīng)生成硅酸鈉，F(xiàn)e₂O₃、CeO₂、FeO不反應(yīng)，然后過(guò)濾，濾液A中含有硅酸鈉和NaOH，濾渣A中含有Fe₂O₃、CeO₂、FeO；
向?yàn)V渣中加入稀硫酸，F(xiàn)e₂O₃、FeO溶解生成Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄，CeO₂不溶于稀硫酸，然后過(guò)濾，濾液B中含有Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄和硫酸，濾渣B中含有CeO₂；
將濾液B氧化得到硫酸鐵，然后加熱蒸發(fā)并加入硫酸銨，通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到硫酸鐵銨釩；
將濾渣B加入稀硫酸和雙氧水，Ce⁴⁺有較強(qiáng)氧化性，能將雙氧水氧化為氧氣，自身被還原得到Ce³⁺，向溶液中加入堿得到Ce（OH）₃懸濁液，將Ce（OH）₃氧化得到Ce（OH）₄；
（1）濾液A的主要成分為硅酸鈉；
（2）反應(yīng)①為CeO₂和H₂O₂的氧化還原反應(yīng)；
（3）洗滌沉淀的方法是：沿玻璃棒向漏斗中加蒸餾水至沒(méi)過(guò)沉淀，待水自然流下，重復(fù)2～3次；
（4）生成物濃度增大，平衡逆向移動(dòng)；
（5）所用FeSO₄溶液在空氣中露置一段時(shí)間后再進(jìn)行滴定，導(dǎo)致硫酸亞鐵溶液體積增大，則測(cè)得該Ce（OH）₄產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大；
（6）①向含有ZnSO₄雜質(zhì)的FeSO₄溶液中，加入足量的NaOH溶液，亞鐵離子和氫氧根離子反應(yīng)生成沉淀，鋅離子和過(guò)量氫氧根離子生成偏鋅酸根離子，然后采用過(guò)濾方法分離；
②將硫酸亞鐵氧化得到硫酸鐵；
③向②中得到的溶液中加入硫酸銨溶液，從溶液中獲取晶體采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、常溫晾干的方法．

解答 解：廢玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物質(zhì)）加入NaOH溶液，SiO₂和NaOH溶液反應(yīng)生成硅酸鈉，F(xiàn)e₂O₃、CeO₂、FeO不反應(yīng)，然后過(guò)濾，濾液A中含有硅酸鈉和NaOH，濾渣A中含有Fe₂O₃、CeO₂、FeO；
向?yàn)V渣中加入稀硫酸，F(xiàn)e₂O₃、FeO溶解生成Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄，CeO₂不溶于稀硫酸，然后過(guò)濾，濾液B中含有Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄和硫酸，濾渣B中含有CeO₂；
將濾液B氧化得到硫酸鐵，然后加熱蒸發(fā)并加入硫酸銨，通過(guò)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到硫酸鐵銨釩；
將濾渣B加入稀硫酸和雙氧水，Ce⁴⁺有較強(qiáng)氧化性，能將雙氧水氧化為氧氣，自身被還原得到Ce³⁺，向溶液中加入堿得到Ce（OH）₃懸濁液，將Ce（OH）₃氧化得到Ce（OH）₄；
（1）只有二氧化硅能溶于NaOH溶液，所以濾液A的主要成分為Na₂SiO₃，
故答案為：Na₂SiO₃；
（2）反應(yīng)①為 CeO₂和H₂O₂的氧化還原反應(yīng)，雙氧水被氧化生成氧氣，離子反應(yīng)方程式為2CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O，
故答案為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（3）洗滌沉淀的方法是：沿玻璃棒向漏斗中加蒸餾水至沒(méi)過(guò)沉淀，待水自然流下，重復(fù)2～3次，從而得到較純凈的沉淀沿玻璃棒向漏斗中加蒸餾水至沒(méi)過(guò)沉淀，待水自然流下，重復(fù)2～3次，
故答案為：沿玻璃棒向漏斗中加蒸餾水至沒(méi)過(guò)沉淀，待水自然流下，重復(fù)2～3次；
（4）加入硫酸，可使平衡向左進(jìn)行，使Ce³⁺進(jìn)入水層，所以可選擇硫酸作反萃取劑，
故答案為：加入硫酸，可使平衡向左進(jìn)行，使Ce³⁺進(jìn)入水層；
（5）所用FeSO₄溶液在空氣中露置一段時(shí)間后再進(jìn)行滴定，部分亞鐵離子被氧化生成鐵離子，則硫酸亞鐵濃度降低，導(dǎo)致硫酸亞鐵溶液體積增大，
所以測(cè)得該Ce（OH）₄產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大，
故答案為：偏大；
（6）①向含有ZnSO₄雜質(zhì)的FeSO₄溶液中，加入足量的NaOH溶液，亞鐵離子和氫氧根離子反應(yīng)生成沉淀，鋅離子和過(guò)量氫氧根離子生成偏鋅酸根離子，然后采用過(guò)濾方法分離，
故答案為：NaOH溶液；
②硫酸鐵和硫酸銨混合得到硫酸鐵銨釩，所以將沉淀溶解在足量的稀硫酸中，并加入適量30%H₂O₂溶液，充分反應(yīng)得到硫酸鐵溶液，
故答案為：加入30%H₂O₂溶液；
③向②中得到的溶液中加入硫酸銨溶液，從溶液中獲取晶體采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、常溫晾干的方法，從而得到晶體，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點(diǎn)，涉及物質(zhì)分離和提純方法選取、晶體獲取方法、氧化還原反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)，明確反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵，知道流程圖中發(fā)生的反應(yīng)及基本操作方法，題目難度中等．