Question

15．平板電視顯示屏生產過程中產生大量的廢玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物質）．某課題以此粉末為原料，設計如圖工藝流程對資源進行回收，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；利用有機溶劑可分離稀土元素如Ce等化合物．
請按要求回答下列問題：
（1）Ce的原子序數為58，它位于元素周期表中第六周期．
（2）步驟①、⑥反應的化學方程式分別為2NaOH+SiO₂=Na₂SiO₃+H₂O、4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄．
（3）檢驗濾渣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，若不出現紅色，則已經洗凈．
（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、冷卻一段時間后收集得產品綠礬．步驟②中的硫酸溶液過稀會導致反應速率慢、不利于晶體析出；靜置冷卻一段時間后，在試管中觀察到的現象是有淺綠色晶體析出．
（7）取2.08g產品Ce（OH）₄加過量稀硫酸溶解后，用0.1000mol/L FeSO₄溶液滴定至終點共消耗90.00mL，則產品中Ce（OH）₄的質量分數為90%．

Answer 1

分析 第①步反應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CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應生成Ce³⁺和O₂；第④步用有機溶劑萃取Ce³⁺；第⑤步用有機溶劑萃取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的原子序數為58，屬于鑭系元素；
（2）步驟①氫氧化鈉與二氧化硅反應生成硅酸鈉和水；⑥反應為Ce（OH）₃被O₂氧化生成Ce（OH）₄；
（3）濾液中含有鐵離子，檢驗濾渣B是否洗滌干凈，即檢驗洗液中是否含有鐵離子即可；
（4）步驟③中反應為CeO₂與H₂O₂ 反應生成Ce³⁺、O₂和H₂O；
（5）操作X是用難溶性的有機溶劑提取水中的溶質；
（6）濃度越小，反應速率越慢、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的物質的量為0.1000mol/L×90.00mL×10^-3=9.0×10^-3mol，根據電子得失守恒有關系式FeSO₄～Ce（OH）₄，求出Ce（OH）₄的質量，再計算質量分數．

解答 解：（1）Ce的原子序數為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生成硅酸鈉和水，反應的化學方程式為：2NaOH+SiO₂=Na₂SiO₃+H₂O；⑥反應為Ce（OH）₃被O₂氧化生成Ce（OH）₄，反應的化學方程式為：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時洗液中會含有鐵離子，檢驗濾渣B是否洗滌干凈，即檢驗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，若不出現紅色，則已經洗凈；
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，若不出現紅色，則已經洗凈；
（4）步驟③中反應為CeO₂與H₂O₂ 反應生成Ce³⁺、O₂和H₂O，反應的離子方程式為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
故答案為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（5）操作X是用難溶性的有機溶劑提取水中的溶質，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導致反應速率慢、不利于晶體析出，靜置冷卻一段時間后，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象是有淺綠色晶體析出；
故答案為：反應速率慢、不利于晶體析出；有淺綠色晶體析出；
（7）FeSO₄的物質的量為0.1000mol/L×90.00mL×10^-3=9.0×10^-3mol，根據電子得失守恒有關系式FeSO₄～Ce（OH）₄，所以取2.08g產品中Ce（OH）₄的質量為9.0×10^-3mol×208g/mol=1.872g，所以產品中Ce（OH）₄的質量分數為$\frac{1.872g}{2.08g}$×100%=90%，
故答案為：90%．

點評 本題以工藝流程為基礎，考查化學實驗基本操作、元素及化合物知識、化學計算、氧化還原反應等相關知識，題目難度中等，明確實驗流程及反應原理為解答關鍵，試題有利于培養(yǎng)學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力．