Question

3．二氧化鈰（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、FeO等物質(zhì)）．某課題組以此粉末為原料，設(shè)計(jì)如圖工藝流程對(duì)資源進(jìn)行回收，得到純凈的CeO₂和硫酸亞鐵銨晶體．

已知：CeO₂不溶于稀硫酸，也不溶于NaOH溶液．
（1）稀酸A的分子式是H₂SO₄；濾液1中加入鐵粉的目的是把Fe³⁺還原為Fe²⁺．
（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明濾液1中含有Fe²⁺：用試管取少量酸性高錳酸溶液（或溴水），向試管中滴加過量濾液1若紫紅（紅棕）色褪色則濾液1中含有Fe²⁺[或取少許濾液1，滴加鐵氰化鉀溶液，有藍(lán)色沉淀生成則證明濾液1中有Fe²⁺]．
（3）由濾渣1生成Ce³⁺的化學(xué)方程式為2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O．
（4）由濾液2生成Ce（OH）₄的離子方程式為4Ce³⁺+O₂+12OH^-+2H₂O═4Ce（OH）₄↓．
（5）硫酸鐵銨晶體[Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•3H₂O]廣泛用于水的凈化處理，但其在去除酸性廢水中的懸浮物時(shí)效率降低，其原因是存在水解反應(yīng)Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，酸性廢水中的H⁺抑制了Fe³⁺的水解（或水解平衡逆向移動(dòng)），使其不能生成有吸附作用的Fe（OH）₃膠體．
（6）取上述流程中得到的Ce（OH）₄產(chǎn)品0.531g，加硫酸溶解后，用濃度為0．l000mol•L^-1FeSO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)時(shí)（鈰被還原為Ce³⁺ ），消耗25.00mL標(biāo)準(zhǔn)溶液．該產(chǎn)品中Ce（OH）₄的純度的表達(dá)式為：$\frac{0.1×25×1{0}^{-3}×208}{0.531}×100%$（或0.98、98%）（不必計(jì)算出結(jié)果）．

Answer 1

分析 反應(yīng)過程為：廢玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物質(zhì)）中加入稀硫酸，F(xiàn)eO轉(zhuǎn)化為FeSO₄、Fe₂O₃轉(zhuǎn)化Fe₂（SO₄）₃存在于濾液1中，濾渣1為CeO₂和SiO₂；
濾液1中加入稀硫酸和鐵粉，被Fe₂（SO₄）₃還原為FeSO₄，溶液1為FeSO₄溶液，加入硫酸銨混合蒸發(fā)濃縮、常溫晾干后得到硫酸亞鐵銨晶體；
濾渣1中加入稀硫酸和H₂O₂，CeO₂轉(zhuǎn)化為Ce³⁺存在于濾液2中，反應(yīng)為2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O，濾渣2為SiO₂；濾液2加入堿并通入氧氣將Ce從+3氧化為+4后Ce³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀Ce（OH）₄，反應(yīng)為：4Ce ³⁺+O₂+12OH^-+2H₂O═4Ce（OH）₄↓，加入分解Ce（OH）₄得到產(chǎn)品CeO₂；據(jù)此分析作答．

解答 解：（1）已知：CeO₂不溶于稀硫酸，廢玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物質(zhì)）中也不SiO₂溶于酸，加入稀硫酸可將CeO₂和SiO₂與Fe₂O₃、FeO分離，濾液1中加入鐵粉的目的是把Fe³⁺還原為Fe²⁺；
故答案為：H₂SO₄； 把Fe³⁺還原為Fe²⁺；
（2）亞鐵離子有還原性能使酸性高錳酸鉀褪色，也與鐵氰化鉀生成藍(lán)色沉淀，故證明濾液1中含有Fe²⁺方法為：用試管取少量酸性高錳酸溶液（或溴水），向試管中滴加過量濾液1若紫紅（紅棕）色褪色則濾液1中含有Fe²⁺[或取少許濾液1，滴加鐵氰化鉀溶液，有藍(lán)色沉淀生成則證明濾液1中有Fe²⁺]；
故答案為：用試管取少量酸性高錳酸溶液（或溴水），向試管中滴加過量濾液1若紫紅（紅棕）色褪色則濾液1中含有Fe²⁺[或取少許濾液1，滴加鐵氰化鉀溶液，有藍(lán)色沉淀生成則證明濾液1中有Fe²⁺]；
（3）濾渣1為CeO₂和SiO₂，加入稀硫酸和H₂O₂，CeO₂轉(zhuǎn)化為Ce³⁺，則過氧化氫中氧元素化合價(jià)升高生成氧氣，離子方程式為：2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O；
故答案為：2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O；
（4）濾液2為含有Ce ³⁺的溶液，加入堿并通入氧氣將Ce從+3氧化為+4后Ce³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀Ce（OH）₄，離子方程式為：4Ce ³⁺+O₂+12OH^-+2H₂O═4Ce（OH）₄↓；
故答案為：4Ce ³⁺+O₂+12OH^-+2H₂O═4Ce（OH）₄↓；
（5）硫酸鐵銨晶體[Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•3H₂O]溶于水后，由于存在水解反應(yīng)Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，酸性廢水中的H⁺抑制了Fe³⁺的水解（或水解平衡逆向移動(dòng)），使其不能生成有吸附作用的Fe（OH）₃膠體；
故答案為：存在水解反應(yīng)Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，酸性廢水中的H⁺抑制了Fe³⁺的水解（或水解平衡逆向移動(dòng)），使其不能生成有吸附作用的Fe（OH）₃膠體；
（6）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⁺，則
   Ce（OH）₄～Ce³⁺～FeSO₄
 所以n（Ce（OH）₄）=n（FeSO₄）=0.1×25×10^-3mol，m（Ce（OH）₄）=0.1×25×10^-3×208g，該產(chǎn)品中Ce（OH）₄的純度的表達(dá)式為$\frac{0.1×25×1{0}^{-3}×208}{0.531}×100%$=98%；
故答案為：$\frac{0.1×25×1{0}^{-3}×208}{0.531}×100%$（或0.98、98%）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的制備，涉及對(duì)工藝流程的理解、氧化還原反應(yīng)、水解平衡的應(yīng)用、物質(zhì)純度的計(jì)算等，理解工藝流程原理是解題的關(guān)鍵，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，題目難度中等．