Question

2．二氧化鈰（CeO₂）是一種重要的稀土氧化物，工業(yè)上以廢舊顯示屏玻璃（含CeO₂、Fe₂O₃、FeO、SiO₂等）為原料，來制取Ce（OH）₄和硫酸鐵銨礬[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O]，其工藝流程如圖：
已知：
Ⅰ．酸性條件下，柿在水溶液中Ce³⁺、Ce⁴⁺兩種主要存也在形式；
Ⅱ．CeO₂不溶于稀硫酸，也不溶于NaOH溶液，且有較強氧化性．
回答以下問題：
（1）反應①的離子方程式是SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O
（2）洗淥濾渣B的目的是為了除去Fe³⁺、Fe²⁺．（填離子符號）
（3）反應③的離子方程式是2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄═Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O．
（4）萃取是分離稀土元素的常用方法，已知有機物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）．從平衡角度解釋：向CeT₃（有機層）加入H₂SO₄獲得較純的含Ce³⁺的水溶液的原因是加入H₂SO₄，溶液中氫離子濃度增大，平衡向形成Ce³⁺水溶液的方向移動．
（5）硫酸鐵按礬[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄24H₂O]，廣泛用于水的凈化處理，其凈水原理用離子方程式解釋是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺．
（6）pH相同的以下四種溶液中，NH${\;}_{4}^{+}$的濃度大小關(guān)系為b=d＞a＞c．
a．Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O
b．（NH₄）₂SO₄
c．NH₄HSO₄
d．NH₄Cl
（7）取上述流程中得到的Ce（OH）₄產(chǎn)品0.832g，加硫酸溶解后．用0.1000mol•L^-1 FeSO₄標準溶液滴定至終點時，消耗38.00 mL標準溶液．該產(chǎn)品中Ce（OH）₄的質(zhì)量分數(shù)為95.0%．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）．若所用FeSO₄標準溶液在空氣中露置一段時間后再滴定，則測得該Ce（OH）₄產(chǎn)品的質(zhì)量分數(shù)偏大（填“偏大”偏小”或“無影響”）．

Answer 1

分析 廢玻璃粉末（含CeO₂、Fe₂O₃、FeO、SiO₂等）加氫氧化鈉溶液，二氧化硅與氫氧化鈉反應生成硅酸鈉，過濾，得到濾渣A的成分是Fe₂O₃、FeO、CeO₂；濾液A為硅酸鈉溶液；濾渣A（Fe₂O₃、FeO、CeO₂）加稀硫酸后過濾得濾液B是硫酸鐵和硫酸亞鐵溶液，濾渣B的成分是CeO₂；濾渣B中的CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應生成Ce³⁺和O₂；用有機物HT將Ce³⁺從水溶液中萃取出來；Ce³⁺中堿和氧氣生成Ce（OH）₄；加熱蒸發(fā)濾液B得到濾液C，再加硫酸銨得到Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O．
（1）根據(jù)廢玻璃粉末的成分（含SiO₂、Fe₂O₃、FeO、CeO₂等），可知能與氫氧化鈉反應的只有二氧化硅，生成硅酸鈉；
（2）根據(jù)溶液中的離子分析；
（3）第③步反應CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應生成Ce³⁺，Ce元素由+4價變?yōu)?3價，被還原，則H₂O₂應被氧化生成O₂，然后配平得出第③步反應的化學方程式；
（4）根據(jù)影響化學平衡移動的因素分析；
（5）鐵離子在溶液中水解生成氫氧化鐵膠體，能吸附水中的懸浮顆粒；
（6）氫離子抑制銨根離子的水解，鐵離子顯酸性也會抑制銨根離子的水解，水解程度越大，銨根離子濃度越小；
（7）根據(jù)電子守恒建立關(guān)系式：Ce（OH）₄～FeSO₄，然后進行計算求出Ce（OH）₄的質(zhì)量，最后求出質(zhì)量分數(shù)；FeSO₄在空氣中易被氧氣氧化，導致FeSO₄的濃度減小．

解答 解：廢玻璃粉末（含CeO₂、Fe₂O₃、FeO、SiO₂等）加氫氧化鈉溶液，二氧化硅與氫氧化鈉反應生成硅酸鈉，過濾，得到濾渣A的成分是Fe₂O₃、FeO、CeO₂；濾液A為硅酸鈉溶液；濾渣A（Fe₂O₃、FeO、CeO₂）加稀硫酸后過濾得濾液B是硫酸鐵和硫酸亞鐵溶液，濾渣B的成分是CeO₂；濾渣B中的CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應生成Ce³⁺和O₂；用有機物HT將Ce³⁺從水溶液中萃取出來；Ce³⁺中堿和氧氣生成Ce（OH）₄；加熱蒸發(fā)濾液B得到濾液C，再加硫酸銨得到Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O．
（1）廢玻璃粉末的成分（含SiO₂、Fe₂O₃、FeO、CeO₂等），能與氫氧化鈉反應的只有二氧化硅，反應生成硅酸鈉，其反應的離子方程式為：SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O；
故答案為：SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O；
（2）第②步反應Fe₂O₃與稀硫酸作用生成Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄，洗滌濾渣B的目的顯然是為了除去Fe³⁺、Fe²⁺；故答案為：Fe³⁺、Fe²⁺；
（3）第③步反應CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應生成Ce³⁺，Ce元素由+4價變?yōu)?3價，被還原；則H₂O₂應被氧化生成O₂，然后配平得出第③步反應的化學方程式 2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄═2Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O；
故答案為：2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄═Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O；
（4）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），向CeT₃（有機層）加入H₂SO₄，溶液中氫離子濃度增大，平衡向形成Ce³⁺水溶液的方向移動；
故答案為：加入H₂SO₄溶液中氫離子濃度增大，平衡向形成Ce³⁺水溶液的方向移動；
（5）Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O在溶液中電離出鐵離子，鐵離子在溶液中水解生成氫氧化鐵膠體，F(xiàn)e³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺，氫氧化鐵膠體能吸附水中的懸浮顆粒，從而起到凈水作用；
故答案為：Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺；
（6）a．Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O溶液中NH₄⁺和鐵離子水解顯酸性；
b．（NH₄）₂SO₄溶液中NH₄⁺水解顯酸性；
c．NH₄HSO₄溶液中硫酸氫根離子完全電離出氫離子；
d．NH₄Cl溶液中NH₄⁺水解顯酸性；
所以pH相同時NH₄⁺濃度大小關(guān)系為b=d＞a＞c；
故答案為：b=d＞a＞c；
（7）Ce（OH）₄ ～FeSO₄
0.00380mol      0.1000mol/L^-1×0.0380L
所以m（Ce（OH）₄）=0.00380mol×208g/mol=0.7904g，產(chǎn)品中Ce（OH）₄的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{0.7904}{0.832}$×100%=95.0%；
FeSO₄在空氣中易被氧氣氧化，導致FeSO₄的濃度減小，滴定時消耗的標準溶液的體積偏大，所以計算得到的Ce（OH）₄的質(zhì)量偏大，則質(zhì)量分數(shù)偏大；
故答案為：95.0%；偏大．

點評 本題以工藝流程為知識背景，考查了學生對物質(zhì)分離提純操作的分析能力和對基礎(chǔ)知識的綜合應用考查，題目難度中等，注意把握工藝流程以及元素化合物的性質(zhì)．