Question

9．稀土是一種不可再生的戰(zhàn)略性資源，被廣泛應(yīng)用于電子信息、國防軍工等多個領(lǐng)域．一種從廢棄陰極射線管（CRT）熒光粉中提取稀土元素釔（Y）的工藝流程如圖1：

已知：①廢棄CRT熒光粉的化學(xué)組成（某些不參與反應(yīng)的雜質(zhì)未列出）如下表所示；

階段/含量%/成分	Y2O3	ZnO	Al2O3	PbO2	MgO
預(yù)處理前	24.28	41.82	7.81	1.67	0.19
預(yù)處理后	68.51	5.42	4.33	5.43	0.50

②不同離子沉淀的pH如圖2所示．
（1）步驟I中進(jìn)行原料預(yù)處理的目的為除去ZnO和Al₂O₃；富集稀土元素；降低后續(xù)耗酸量等．（答兩點）
（2）步驟Ⅱ中有黃綠色氣體產(chǎn)生，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為PbO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
（3）步驟Ⅲ中發(fā)生的主要反應(yīng)的離子方程式為Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．
（4）步驟Ⅳ中除雜試劑DDTC除去的雜質(zhì)離子有Zn²⁺、Pb²⁺，其不能通過直接加堿的方法除去，原因為Zn²⁺、Pb²⁺與Y³⁺沉淀的pH相近，三者因同時沉淀而無法分離．
（5）步驟V中Y³⁺沉淀完全時，需保證滴加草酸后的溶液中c（C₂O₄^2-）不低于2.0×10^-6mol/L．
（已知：當(dāng)離子濃度小于10^-5mol/L時，沉淀就達(dá)完全；K_sp[Y₂（C₂O₄）₃]=8.0×10^-28）
（6）步驟Ⅵ中草酸釔隔絕空氣加熱可以得到Y(jié)₂O₃，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為Y₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Y₂O₃+3CO↑+3CO₂↑．

Answer 1

分析 廢棄CRT熒光粉的化學(xué)組成為Y₂O₃、ZnO、Al₂O₃、PbO₂、MgO等，加鹽酸，過濾，濾渣主要含有Y₂O₃，還有少量的PbO₂、ZnO、Al₂O₃、MgO，再加5mol/L的鹽酸，PbO₂與HCl發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氯氣和PbCl₂，Y₂O₃轉(zhuǎn)化為Y³⁺，過濾，濾液中含有Pb²⁺和Y³⁺、Al³⁺、Zn²⁺、Mg²⁺，再加氨水，Al³⁺形成Al（OH）₃沉淀，過濾，濾液中含有Pb²⁺和Y³⁺、Zn²⁺、Mg²⁺，加DDTC除去溶液中的Pb²⁺和Zn²⁺，過濾，濾液中加草酸，生成Y₂（C₂O₄）₃沉淀，過濾，濾渣為Y₂（C₂O₄）₃固體，高溫灼燒Y₂（C₂O₄）₃生成Y₂O₃；
（1）進(jìn)行原料預(yù)處理可以除去部分ZnO和Al₂O₃，富集稀土元素等；
（2）PbO₂與HCl發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氯氣和PbCl₂，根據(jù)原子守恒和得失電子守恒寫出方程式；
（3）步驟Ⅲ是用氨水除去溶液中的Al³⁺；
（4）根據(jù)流程分析；由圖2可知Zn²⁺、Pb²⁺與Y³⁺沉淀的pH相近；
（5）根據(jù)K_sp[Y₂（C₂O₄）₃]=c²（Y³⁺）×c³（C₂O₄^2-）計算；
（6）草酸釔隔絕空氣加熱可以得到Y(jié)₂O₃和CO、CO₂．

解答 解：廢棄CRT熒光粉的化學(xué)組成為Y₂O₃、ZnO、Al₂O₃、PbO₂、MgO等，加鹽酸，過濾，濾渣主要含有Y₂O₃，還有少量的PbO₂、ZnO、Al₂O₃、MgO，再加5mol/L的鹽酸，PbO₂與HCl發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氯氣和PbCl₂，Y₂O₃轉(zhuǎn)化為Y³⁺，過濾，濾液中含有Pb²⁺和Y³⁺、Al³⁺、Zn²⁺、Mg²⁺，再加氨水，Al³⁺形成Al（OH）₃沉淀，過濾，濾液中含有Pb²⁺和Y³⁺、Zn²⁺、Mg²⁺，加DDTC除去溶液中的Pb²⁺和Zn²⁺，過濾，濾液中加草酸，生成Y₂（C₂O₄）₃沉淀，過濾，濾渣為Y₂（C₂O₄）₃固體，高溫灼燒Y₂（C₂O₄）₃生成Y₂O₃；
（1）由表格數(shù)據(jù)可知：進(jìn)行原料預(yù)處理可以除去部分ZnO和Al₂O₃，富集稀土元素；在后續(xù)操作中能降低耗酸量等，
故答案為：除去ZnO和Al₂O₃；富集稀土元素；降低后續(xù)耗酸量等；
（2）PbO₂與HCl發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氯氣和PbCl₂，則反應(yīng)的方程式為：PbO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：PbO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（3）由流程分析可知，步驟Ⅲ是用氨水除去溶液中的Al³⁺，其反應(yīng)的離子方程式為：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
故答案為：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（4）根據(jù)流程分析可知，步驟Ⅳ中除雜試劑DDTC除去的雜質(zhì)離子有；由圖2可知Zn²⁺、Pb²⁺與Y³⁺沉淀的pH相近，三者因同時沉淀而無法分離，所以不能通過直接加堿的方法除去Zn²⁺、Pb²⁺；
故答案為：Zn²⁺、Pb²⁺；Zn²⁺、Pb²⁺與Y³⁺沉淀的pH相近，三者因同時沉淀而無法分離；
（5）已知：當(dāng)離子濃度小于10^-5mol/L時，沉淀就達(dá)完全，K_sp[Y₂（C₂O₄）₃]=c²（Y³⁺）×c³（C₂O₄^2-）=（10^-5）²×c³（C₂O₄^2-）=8.0×10^-28，則c（C₂O₄^2-）=$\root{3}{\frac{8.0×10{\;}^{-28}}{（10{\;}^{-5}）{\;}^{2}}}$=2.0×10^-6mol/L，故答案為：2.0×10^-6；
（6）草酸釔隔絕空氣加熱可以得到Y(jié)₂O₃和CO、CO₂，其反應(yīng)的方程式為Y₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Y₂O₃+3CO↑+3CO₂↑，
故答案為：Y₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Y₂O₃+3CO↑+3CO₂↑．

點評 本題考查了物質(zhì)的分離提純實驗操作，題目涉及到氧化還原、出除雜質(zhì)、溶度積常數(shù)的應(yīng)用等，題目難度中等，注意根據(jù)題意寫出有關(guān)反應(yīng)的方程式，做題時注意根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)正確判斷反應(yīng)物和生成物，用守恒的方法去書寫．