Question

2．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，設計如下工藝流程對資源進行回收，得到Ce（OH）₄和硫酸鐵銨：

已知：�。�酸性條件下，鈰在水溶液中有Ce³⁺、Ce⁴⁺兩種主要存在形式，Ce³⁺易水解，Ce⁴⁺有較強氧化性．
ⅱ．CeO₂不溶于稀硫酸
ⅲ．硫酸鐵銨[aFe₂（SO₄）₃•b（NH₄）₂SO₄•cH₂O]廣泛用于水的凈化處理．
（1）操作Ⅰ的名稱是冷卻結晶，檢驗硫酸鐵銨溶液中含有Fe³⁺的方法是：取少量溶液于試管中，加入KSCN溶液，如果出現血紅色，說明原溶液中有三價鐵．
（2）反應①之前先要洗滌濾渣B，其目的是為了除去Fe³⁺、Fe²⁺（填離子符號）．
（3）寫出反應①的化學方程式2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O．
（4）用滴定法測定制得的Ce（OH）₄產品純度．

滴定時所用定量儀器的讀數精確為0.1mL；若所用FeSO₄溶液在空氣中露置一段時間后再進進行滴定，則測得該Ce（OH）₄產品的質量分數偏大．（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）
（5）稱取14.00g硫酸鐵銨樣品，將其溶于水配制成100mL溶液，分成兩等份，向其中一份加入足量NaOH溶液，過濾洗滌沉淀并烘干灼燒至恒重得到1.60g固體；向另一份溶液中加入0.5mol/L Ba（NO₃）₂溶液100mL，恰好完全反應．則該硫酸鐵銨的化學式為Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O．

Answer 1

分析 廢玻璃粉末加氫氧化鈉溶液后過濾，二氧化硅溶于NaOH溶液，然后過濾得到濾渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂、FeO；濾液中含有硅酸鈉、NaOH，濾渣A（Fe₂O₃、CeO₂、FeO）加稀硫酸后過濾得濾液B是硫酸亞鐵和硫酸鐵溶液，加入氧化劑C可生成硫酸鐵，所加物質應避免引入新雜質，則氧化劑是H₂O₂，將得到的液體蒸發(fā)然后加入硫酸銨溶液，得到硫酸鐵銨，將溶液冷卻結晶、過濾、洗滌、晾干得到硫酸鐵銨固體；
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）根據操作流程判斷，由溶液生成固體，應首先進行蒸發(fā)濃縮，然后冷卻結晶；鐵離子用KSCN溶液檢驗，鐵離子和KSCN溶液混合得到血紅色液體；
（2）固體表面可吸附Fe³⁺、Fe²⁺；
（3）CeO₂與H₂O₂反應生成Ce₂（SO₄）₃和O₂；
（4）滴定時所用定量儀器的最小刻度為0.1ml，FeSO₄溶液在空氣中露置一段時間后會被氧化，消耗硫酸亞鐵增大；
（5）依據鐵元素守恒計算氫氧化鐵物質的量，依據硫酸根離子守恒和足量守恒計算分析化學式．

解答 解：廢玻璃粉末加氫氧化鈉溶液后過濾，二氧化硅溶于NaOH溶液，然后過濾得到濾渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂、FeO；濾液中含有硅酸鈉、NaOH，濾渣A（Fe₂O₃、CeO₂、FeO）加稀硫酸后過濾得濾液B是硫酸亞鐵和硫酸鐵溶液，加入氧化劑C可生成硫酸鐵，所加物質應避免引入新雜質，則氧化劑是H₂O₂，將得到的液體蒸發(fā)然后加入硫酸銨溶液，得到硫酸鐵銨，將溶液冷卻結晶、過濾、洗滌、晾干得到硫酸鐵銨固體；
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）根據操作流程判斷，由溶液生成固體，應首先進行蒸發(fā)濃縮，然后冷卻結晶；鐵離子用KSCN溶液檢驗，鐵離子和KSCN溶液混合得到血紅色液體，其檢驗方法為取少量溶液于試管中，加入KSCN溶液，如果出現血紅色，說明原溶液中有三價鐵，
故答案為：冷卻結晶；取少量溶液于試管中，加入KSCN溶液，如果出現血紅色，說明原溶液中有三價鐵；
（2）濾渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂、FeO，與硫酸反應后溶液中存在Fe³⁺、Fe²⁺，固體表面可吸附Fe³⁺、Fe²⁺，所以洗滌的目的是洗去Fe³⁺、Fe²⁺，
故答案為：Fe³⁺、Fe²⁺；
（3）CeO₂與H₂O₂反應生成Ce₂（SO₄）₃和O₂，反應的方程式為2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O，
故答案為：2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O．
（4）滴定時所用定量儀器的最小刻度為0.1mL，估讀0.01ml，FeSO₄溶液在空氣中露置一段時間后會被氧化，消耗硫酸亞鐵增大，測定該Ce（OH）₄產品的質量分數會偏大；
故答案為：0.1mL；偏大；
（5）稱取14.00g樣品，將其溶于水配置成100mL溶液，分成兩等份，向其中一份中加入足量NaOH溶液，過濾洗滌得到沉淀并烘干灼燒至恒重得到1.60g固體為氧化鐵，n（Fe₂O₃）=$\frac{1.60g}{160g/mol}$=0.01mol，生成氫氧化鐵沉淀物質的量為，n（Fe（OH）₃）=0.02mol，
向另一份溶液中加入0.05mol Ba（NO₃）₂溶液，恰好完全反應，則n（SO₄^2-）=0.05mol，
所以14.00g樣品中含有Fe₂（SO₄）₃0.02mol，n（SO₄^2-）為0.1mol，則（NH₄）₂SO₄為0.1mol-0.02mol×3=0.04mol，
則m（H₂O）=14.00g-0.02mol×400g/mol-0.04mol×132g/mol=0.72g，
n（H₂O）=$\frac{0.72g}{18g/mol}$=0.04mol，
n（Fe₂（SO₄）₃）：n（（NH₄）₂SO₄）：n（H₂O）=0.02：0.04：0.04=1：2：2，
所以化學式為Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O，
故答案為：Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O．

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，注意把握實驗的原理和操作方法，難點是（5）題計算，題目難度中等．