Question

15．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、FeO等物質(zhì)）．某課題以此粉末為原料，設(shè)計(jì)如圖工藝流程對(duì)資源進(jìn)行回收，得到Ce（OH）₄和硫酸鐵銨：

己知：
I．酸性條件下，鈰在水溶液中有Ce³⁺、Ce⁴⁺兩種主要存在形式；
II．CeO₂不溶于稀硫酸；利用有機(jī)溶劑可分離稀土元素如Ce等化合物．
請(qǐng)按要求回答下列問題：
（1）Ce的原子序數(shù)為58，它位于元素周期表中第六周期．
（2）步驟①、⑥反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為2NaOH+SiO₂=Na₂SiO₃+H₂O、4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄．
（3）檢驗(yàn)濾渣B洗滌干凈的方法是取少量最后一次洗滌液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已經(jīng)洗凈．
（4）步驟③的離子方程式為2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O．
（5）操作X名稱為萃取分液．
（6）在濾液B中加過量鐵粉于50°C水浴中加熱充分反應(yīng)后趁熱過濾，濾液移至試管中，用橡膠塞塞緊試管口，靜置、冷卻一段時(shí)間后收集得產(chǎn)品綠礬．步驟②中的硫酸溶液過稀會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率慢、不利于晶體析出；靜置冷卻一段時(shí)間后，在試管中觀察到的現(xiàn)象是有淺綠色晶體析出．
（7）取2.08g產(chǎn)品Ce（OH）₄加過量稀硫酸溶解后，用0.1000mol/L FeSO₄溶液滴定至終點(diǎn)共消耗90.00mL，則產(chǎn)品中Ce（OH）₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%．

Answer 1

分析 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、FeO；濾渣A（Fe₂O₃、CeO₂、FeO）加稀硫酸后過濾得濾液B是硫酸鐵溶液和硫酸亞鐵，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步用有機(jī)溶劑萃取Ce³⁺；第⑤步用有機(jī)溶劑萃取Ce³⁺，得到含有Ce³⁺的濃溶液；第⑥步加堿生成Ce（OH）₃懸濁液，Ce（OH）₃懸濁液被氧化生成Ce（OH）₄．
（1）Ce的原子序數(shù)為58，屬于鑭系元素；
（2）步驟①氫氧化鈉與二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉和水；⑥反應(yīng)為Ce（OH）₃被O₂氧化生成Ce（OH）₄；
（3）濾液中含有鐵離子，檢驗(yàn)濾渣B是否洗滌干凈，即檢驗(yàn)洗液中是否含有鐵離子即可；
（4）步驟③中反應(yīng)為CeO₂與H₂O₂ 反應(yīng)生成Ce³⁺、O₂和H₂O；
（5）操作X是用難溶性的有機(jī)溶劑提取水中的溶質(zhì)；
（6）濃度越小，反應(yīng)速率越慢、增大硫酸根離子的濃度有利于硫酸亞鐵的析出；溫度降低硫酸亞鐵的溶解度減小有晶體析出；
（7）FeSO₄的物質(zhì)的量為0.1000mol/L×90.00mL×10^-3=9.0×10^-3mol，根據(jù)電子得失守恒有關(guān)系式FeSO₄～Ce（OH）₄，求出Ce（OH）₄的質(zhì)量，再計(jì)算質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）Ce的原子序數(shù)為58，屬于鑭系元素，在周期表中位于第六周期第IIIB族；
故答案為：六；
（2）步驟①氫氧化鈉與二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaOH+SiO₂=Na₂SiO₃+H₂O；⑥反應(yīng)為Ce（OH）₃被O₂氧化生成Ce（OH）₄，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄；
故答案為：2NaOH+SiO₂=Na₂SiO₃+H₂O；4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄；
（3）濾液中含有鐵離子，洗滌濾渣B時(shí)洗液中會(huì)含有鐵離子，檢驗(yàn)濾渣B是否洗滌干凈，即檢驗(yàn)洗液中是否含有鐵離子即可，其操作為：取少量最后一次洗滌液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已經(jīng)洗凈；
故答案為：取少量最后一次洗滌液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已經(jīng)洗凈；
（4）步驟③中反應(yīng)為CeO₂與H₂O₂ 反應(yīng)生成Ce³⁺、O₂和H₂O，反應(yīng)的離子方程式為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
故答案為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（5）操作X是用難溶性的有機(jī)溶劑提取水中的溶質(zhì)，即萃取分液；
故答案為：萃取分液；
（6）步驟 ②中的硫酸溶液過稀會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率慢、不利于晶體析出，靜置冷卻一段時(shí)間后，溫度降低硫酸亞鐵的溶解度減小，所以在試管中觀察到的現(xiàn)象是有淺綠色晶體析出；
故答案為：反應(yīng)速率慢、不利于晶體析出；有淺綠色晶體析出；
（7）FeSO₄的物質(zhì)的量為0.1000mol/L×90.00mL×10^-3=9.0×10^-3mol，根據(jù)電子得失守恒有關(guān)系式FeSO₄～Ce（OH）₄，所以取2.08g產(chǎn)品中Ce（OH）₄的質(zhì)量為9.0×10^-3mol×208g/mol=1.872g，所以產(chǎn)品中Ce（OH）₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{1.872g}{2.08g}$×100%=90%，
故答案為：90%．

點(diǎn)評(píng) 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(shí)、化學(xué)計(jì)算、氧化還原反應(yīng)等相關(guān)知識(shí)，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(jì)算能力．