Question

平板電視顯示屏生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的廢玻璃粉末，其中含有SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂以及其他少量可溶于稀酸的物質(zhì)．二氧化鈰（CeO₂）是一種重要的稀土氧化物，某課題組以此粉末為原料回收鈰，設(shè)計實驗流程如圖：

（1）第①步反應(yīng)的化學方程式是

 

，檢驗濾渣A是否洗凈的方法是

 

．
（2）第②步反應(yīng)的離子方程式是

 

．
（3）萃取是分離稀土元素的常用方法，化合物TBP作為萃取劑能將鈰離子從水溶液中萃取出來．實驗室進行萃取操作需要用到分液漏斗，分液漏斗在使用前需要進行的操作是

 

；TBP是一種磷酸三丁酯，產(chǎn)物應(yīng)該從分液漏斗的

 

（填“上口倒出”或“下口倒出”）．
（4）取上述流程中得到的Ce（OH）₄產(chǎn)品0.5g，加硫酸溶解后，用0.1000mol?L^-1FeSO₄標準溶液滴定終點時（鈰被還原為Ce³⁺），消耗20.00mL標準溶液，該產(chǎn)品中Ce（OH）₄的質(zhì)量分數(shù)為

 

（保留小數(shù)點后一位）．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,化學方程式的有關(guān)計算

專題：實驗設(shè)計題

分析：廢玻璃粉末中含有SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂，向其中加入稀鹽酸，F(xiàn)e₂O₃反應(yīng)變成FeCl₃，溶于水，濾渣A的成分為SiO₂、CeO₂（第①步），第②步向濾渣A中加稀硫酸和H2O2，SiO₂不反應(yīng)，CeO₂反應(yīng)變成Ce³⁺，加堿以Ce（OH）₃形式沉淀出（第③步），Ce（OH）₃和氧氣反，生成Ce（OH）₄，經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到純凈的Ce（OH）₄；
（1）第①步中只有Fe₂O₃和鹽酸發(fā)生反應(yīng)，過濾后濾渣的洗滌方法；
（2）第②步反應(yīng)物有CeO₂和H₂O₂，在酸性條件下反應(yīng)，分析化合價：Ce由+4價下降到+3價，那么H₂O₂中一定要有化合價升高的元素，O由-1價升高到0價，有O₂生成，該反應(yīng)在酸性條件下進行，方程式為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（3）分液漏斗的使用方法；
（4）Ce（OH）₄產(chǎn)品加硫酸溶解后，Ce（OH）₄溶解成Ce⁴⁺，和FeSO₄發(fā)生反應(yīng)：Ce⁴⁺+Fe²⁺=Ce³⁺+Fe3⁺，由原子守恒知n（Ce（OH）₄）=n（Ce⁴⁺）=n（FeSO₄）可以解得Ce（OH）₄產(chǎn)品中Ce（OH）₄的質(zhì)量，產(chǎn)品中Ce（OH）₄的質(zhì)量分數(shù)=

m(Ce(OH)4)

m(樣品)

×100%．

解答： 解：廢玻璃粉末中含有SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂，向其中加入稀鹽酸，F(xiàn)e₂O₃反應(yīng)變成FeCl₃，溶于水，濾渣A的成分為SiO₂、CeO₂（第①步），第②步向濾渣A中加稀硫酸和H2O2，SiO₂不反應(yīng)，CeO₂反應(yīng)變成Ce³⁺，加堿以Ce（OH）₃形式沉淀出（第③步），Ce（OH）₃和氧氣反，生成Ce（OH）₄，經(jīng)過濾、洗滌、干燥得到純凈的Ce（OH）₄；
（1）第①步中只有Fe₂O₃和鹽酸發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O；Fe₂O₃反應(yīng)變成FeCl₃，溶于水，濾渣A的成分為SiO₂、CeO₂，檢驗濾渣A是否洗凈，只要檢驗最后一次洗滌液中是否還含有Fe³⁺即可，若含有Fe³⁺證明沒有洗滌干凈，方法：取最后一次洗滌液，滴加KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈，反之，未洗凈；
故答案為：Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O；取最后一次洗滌液，滴加KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈，反之，未洗凈；
（2）第②步反應(yīng)物有CeO₂和H₂O₂，在酸性條件下反應(yīng)，分析化合價：Ce由+4價下降到+3價，那么H₂O₂中一定要有化合價升高的元素，O由-1價升高到0價，有O₂生成，該反應(yīng)在酸性條件下進行，方程式為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O，
故答案為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（3）分液漏斗在使用前需要進行的操作是：檢查是否漏液；萃取分液后，下層液體從下口流出，上層液體從上口倒出，化合物TBP作萃取劑將鈰離子從水溶液中萃取出來，TBP的密度比水小，故分液后鈰離子的TBP溶液在上層，從分液漏斗的上口倒出，
故答案為：檢查是否漏液；上口倒出；
（4）Ce（OH）₄產(chǎn)品加硫酸溶解后，Ce（OH）₄溶解成Ce⁴⁺，和FeSO₄發(fā)生反應(yīng)：Ce⁴⁺+Fe²⁺=Ce³⁺+Fe3⁺，由原子守恒知n（Ce（OH）₄）=n（Ce⁴⁺）=n（FeSO₄）=0.1000mol?L^-1×0.02000L=0.002000mol；m（Ce（OH）₄）=n（Ce（OH）₄）×M（Ce（OH）₄）=0.002000mol×209g?mol^-1=0.418g
該產(chǎn)品中Ce（OH）₄的質(zhì)量分數(shù)=

m(Ce(OH)4)

m(樣品)

×100%=

0.418g

0.5g

×100%=83.2%，
故答案為：83.2%．

點評：本題考查化學實驗基本操作、元素化合物知識、氧化還原反應(yīng)、化學計算等相關(guān)知識，以工藝流程為基礎(chǔ)，把各知識點結(jié)合在一起，是個好題．