Question

鈰是重要的稀土金屬，可以從電視顯示屏廠的廢玻璃中提取，其工藝流程如下：請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）溶液X中金屬陽(yáng)離子是

 

（用離子符號(hào)表示）．固體Y的用途是

 

（寫(xiě)一條）．
（2）用離子方程式表示步驟Ⅱ中雙氧水的作用：

 

．
（3）常溫下，已知的溶度積=a，步驟Ⅳ調(diào)節(jié)溶液pH=8，c（Ce³⁺）=b mol?L^-1．則a和b的關(guān)系是

 

．
（4）步驟Ⅲ中萃取劑Z具備的條件是

 

．
①Z不溶于水，也不和水反應(yīng)
②Ce³⁺不和萃取劑Z發(fā)生反應(yīng)
③Ce³⁺在萃取劑Z中溶解度于水
④萃取劑Z的密度一定大于水
（5）寫(xiě)出步驟V的化學(xué)方程式：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：根據(jù)廢玻璃粉末的成分（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂等物質(zhì)），SiO₂、CeO₂不能與鹽酸反應(yīng)，F(xiàn)e₂O₃和鹽酸反應(yīng)得到溶液X即氯化鐵溶液，得到的固體X是SiO₂、CeO₂等物質(zhì)，CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應(yīng)生成Ce³⁺，Ce元素由+4價(jià)變?yōu)?3價(jià)，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；固體Y是二氧化硅，向含有Ce₂（SO₄）₃的溶液中加入萃取劑，可以使Ce³⁺溶解在萃取劑中，向其中加入堿液，可以得到Ce（OH）₃，然后被氧氣氧化，可以得到Ce（OH）₄，進(jìn)行熱分解可以得到CeO₂，進(jìn)一步獲取金屬單質(zhì)Ce，
（1）SiO₂、CeO₂不能與氫鹽酸反應(yīng)，F(xiàn)e₂O₃和鹽酸反應(yīng)得到溶液X即氯化鐵溶液，根據(jù)二氧化硅的應(yīng)用來(lái)回答；
（2）雙氧水具有氧化性，CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應(yīng)生成Ce³⁺，據(jù)此回答；
（3）根據(jù)Ce（OH）₃的Ksp=c（Ce³⁺）?c³（OH^-）來(lái)計(jì)算；
（4）根據(jù)萃取劑的選擇要求來(lái)回答；
（5）Ce（OH）₃可以被氧氣氧化，可以得到Ce（OH）₄，據(jù)此回答．

解答： 解：根據(jù)廢玻璃粉末的成分（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂等物質(zhì)），SiO₂、CeO₂不能與鹽酸反應(yīng)，F(xiàn)e₂O₃和鹽酸反應(yīng)得到溶液X即氯化鐵溶液，得到的固體X是SiO₂、CeO₂等物質(zhì)，CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應(yīng)生成Ce³⁺，Ce元素由+4價(jià)變?yōu)?3價(jià)，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；固體Y是二氧化硅，向含有Ce₂（SO₄）₃的溶液中加入萃取劑，可以使Ce³⁺溶解在萃取劑中，向其中加入堿液，可以得到Ce（OH）₃，然后被氧氣氧化，可以得到Ce（OH）₄，進(jìn)行熱分解可以得到CeO₂，進(jìn)一步獲取金屬單質(zhì)Ce，
（1）SiO₂、CeO₂不能與氫鹽酸反應(yīng)，F(xiàn)e₂O₃和鹽酸反應(yīng)得到溶液X即氯化鐵溶液，溶液X中金屬陽(yáng)離子是Fe³⁺，固體Y是二氧化硅，作光導(dǎo)纖維的原料、冶煉粗硅、耐高溫材料等，故答案為：Fe³⁺；作光導(dǎo)纖維的原料、冶煉粗硅、耐高溫材料等；
（2）CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應(yīng)生成Ce³⁺，Ce元素由+4價(jià)變?yōu)?3價(jià)，被還原，則H₂O₂應(yīng)被氧化生成O₂，然后配平得出反應(yīng)的化學(xué)方程式 2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄═2Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O；離子反應(yīng)為2CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
故答案為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（3）Ce（OH）₃的Ksp=c（Ce³⁺）?c³（OH^-），解得c（OH^-）=

3	Ksp c(Ce3+)

=

3	a b

，pH=8，所以

3	a b

=10^-6，即a=10^-18b，故答案為：a=10^-18b；
（4）向含有Ce₂（SO₄）₃的溶液中加入萃取劑，可以使Ce³⁺溶解在萃取劑中，則需要①Z不溶于水，也不和水反應(yīng)②Ce³⁺不和萃取劑Z發(fā)生反應(yīng)③Ce³⁺在萃取劑Z中溶解度大于水，故答案為：①②③；
（5）得到Ce（OH）₃，然后被氧氣氧化，可以得到Ce（OH）₄，即4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄，故答案為：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄．

點(diǎn)評(píng)：本題以工藝流程為基礎(chǔ)，考察化學(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)，難度大．