Question

12．某工業(yè)廢玻璃粉末含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等．某課題小組設計如下工藝流程對資源進行回收，得到Ce（OH）₄和硫酸鐵銨礬．

已知：CeO₂不溶于稀硫酸；酸性條件下，Ce³⁺易水解，Ce⁴⁺有較強氧化性．
（1）硫酸鐵銨礬可凈水，其原理是（寫離子方程式）Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺．
（2）濾液A的主要成分Na₂SiO₃（填寫化學式）．
（3）反應①的離子方程式是2CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O．
（4）反應②的化學反應方程式是4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O═4Ce（OH）₄．
（5）已知制硫酸鐵銨礬晶體[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O，式量964]的產率為80%，若加入13.2g （NH₄）₂SO₄（式量132），可制得晶體的質量是77.1g．
（6）化合物HT可作為萃取劑能將鈰離子從水溶液中萃取出來，過程表示為：
Ce₂（SO₄）₃ （水層）+6HT（有機層）═2CeT₃（有機層）+3H₂SO₄（水層）
分液得到CeT₃ （有機層），再加入H₂SO₄獲得較純的含Ce³⁺的水溶液．可選擇硫酸作反萃取劑的原因是混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ce³⁺水溶液方向移動（從平衡移動角度回答）．

Answer 1

分析 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），濾液A為Na₂SiO₃，加稀硫酸后過濾得濾液B是硫酸亞鐵溶液，加入氧化劑C可生成硫酸鐵，所加氧化劑應避免引入新雜質，濾渣B的成分是CeO₂；CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應生成Ce³⁺和O₂；Ce³⁺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）硫酸鐵銨礬[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O]廣泛用于水的凈化處理，其凈水原理是溶解后溶液中的鐵離子水解生成氫氧化鐵膠體，膠體具有吸附懸浮雜質的作用，可以凈水；
（2）上述分析可知濾液是二氧化硅溶于氫氧化鈉溶液生成的硅酸鈉溶液；
（3）反應①CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應生成Ce³⁺和O₂；
（4）反應②是Ce（OH）₃被氧氣氧化為Ce（OH）₄，根據質量守恒可知，反應物中有水參與；
（5）依據銨根離子守恒計算硫酸鐵銨礬晶體物質的量，結合摩爾質量計算制備得到物質質量；
（6）有機物HT能將Ce³⁺從水溶液中萃取出來，該過程可表示為：2Ce³⁺（水層）+6HT（有機層）═2CeT₃（有機層）+6H⁺（水層），加入硫酸增大氫離子濃度，平衡逆向進行向形成Ge³⁺水溶液方向移動，獲得較純的含Ce³⁺的水溶液；

解答 解：（1）硫酸鐵銨礬可凈水，是利用溶液中鐵離子水解生成的氫氧化鐵膠體，反應的離子方程式為：Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺；
故答案為：Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺；
（2）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），濾液A為Na₂SiO₃；
故答案為：Na₂SiO₃；
（3）反應①CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應，過氧化氫做還原劑被氧化生成氧氣，CeO₂被含有生成Ce³⁺，反應的離子方程式為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4 H₂O；
故答案為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4 H₂O；
（4）Ce（OH）₃被氧氣氧化為Ce（OH）₄，根據質量守恒可知，反應物中有水參與，化學方程式為：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄，
故答案為：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄；
（5）已知制硫酸鐵銨礬晶體[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O，式量964]的產率為80%，若加入13.2g （NH₄）₂SO₄（式量132），n（（NH₄）₂SO₄）=$\frac{13.2g}{132g/mol}$=0.1mol，產率為80%，結合銨根離子守恒，（NH₄）₂SO₄～Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O，可制得晶體的質量=0.1mol×80%×964g/mol=77.1g，
故答案為：77.1g；
（6）有機物HT能將Ce³⁺從水溶液中萃取出來，該過程可表示為：2Ce³⁺（水層）+6HT（有機層）═2CeT₃（有機層）+6H⁺（水層），加入硫酸增大氫離子濃度，平衡逆向進行向形成Ce³⁺水溶液方向移動，獲得較純的含Ce³⁺的水溶液；
故答案為：混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ce³⁺水溶液方向移動．

點評 本題以工藝流程為基礎，考查了化學實驗基本操作、元素及化合物知識反應等相關知識，提純制備，為高考常見題型，側重于學生的分析能力、實驗能力和計算能力的考查，為高頻考點，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，注意把握實驗的原理和操作方法，題目難度中等．