Question

2．平板電視顯示屏生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的廢玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物質(zhì)）．某課題以此粉末為原料，設(shè)計(jì)如下工藝流程（圖1）對(duì)資源進(jìn)行回收，得到Ce（OH）₄和硫酸鐵銨晶體：

ⅰ．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(qiáng)氧化性．
ⅱ．CeO₂不溶于稀硫酸
ⅲ．硫酸鐵銨晶體廣泛用于水的凈化處理．
（1）在氧化環(huán)節(jié)，下列物質(zhì)中最適合用作氧化劑C的是B
A．NaClOB．H₂O₂C．KMnO₄D．濃硫酸
（2）操作Ⅰ的名稱(chēng)是冷卻結(jié)晶，檢驗(yàn)硫酸鐵銨溶液中含有NH₄⁺的方法是：取樣于試管中加入NaOH溶液，加熱，在試管口置一濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙，試紙變藍(lán)色，證明含有NH₄⁺．
（3）反應(yīng)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(hào)）；反應(yīng)①的離子方程式為2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O．
（4）用滴定法測(cè)定制得的Ce（OH）₄產(chǎn)品純度（圖2）：
滴定時(shí)所用定量?jī)x器的最小刻度為0.1mL；所用FeSO₄溶液在空氣中露置一段時(shí)間后再進(jìn)進(jìn)行滴定，則測(cè)得該Ce（OH）₄產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏大．（填“偏大”、“偏小”或“無(wú)影響”）
（5）稱(chēng)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(guò)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(yīng)．則該硫酸鐵銨的化學(xué)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(guò)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(guò)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(yīng)避免引入新雜質(zhì)，濾渣B的成分是CeO₂；CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應(yīng)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）在氧化環(huán)節(jié)，所加氧化劑應(yīng)避免生成雜質(zhì)；
（2）根據(jù)操作流程判斷，由溶液生成固體，應(yīng)首先進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，然后冷卻結(jié)晶；
（3）固體表面可吸附Fe³⁺、Fe²⁺；CeO₂與H₂O₂反應(yīng)生成Ce₂（SO₄）₃和O₂；
（4）滴定時(shí)所用定量?jī)x器的最小刻度為0.1ml，F(xiàn)eSO₄溶液在空氣中露置一段時(shí)間后會(huì)被氧化，消耗硫酸亞鐵增大；
（5）依據(jù)鐵元素守恒計(jì)算氫氧化鐵物質(zhì)的量，依據(jù)硫酸根離子守恒和足量守恒計(jì)算分析化學(xué)式．

解答 解：廢玻璃粉末加氫氧化鈉溶液后過(guò)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(guò)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(yīng)避免引入新雜質(zhì)，濾渣B的成分是CeO₂；CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應(yīng)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）在氧化環(huán)節(jié)，所加氧化劑應(yīng)避免生成雜質(zhì)，只能選用過(guò)氧化氫，故答案為：B；
（2）根據(jù)操作流程判斷，由溶液生成固體，應(yīng)首先進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，然后冷卻結(jié)晶，檢驗(yàn)硫酸鐵銨溶液中含有NH₄⁺，方法為取樣于試管中加入NaOH溶液，加熱，在試管口置一濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙，
故答案為：冷卻結(jié)晶； 取樣于試管中加入NaOH溶液，加熱，在試管口置一濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙，試紙變藍(lán)色，證明含有NH₄⁺；
（3）濾渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂、FeO，與硫酸反應(yīng)后溶液中存在Fe³⁺、Fe²⁺，固體表面可吸附Fe³⁺、Fe²⁺，CeO₂與H₂O₂反應(yīng)生成Ce₂（SO₄）₃和O₂，反應(yīng)的方程式為2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O，
故答案為：Fe³⁺、Fe²⁺；2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O；
（4）滴定時(shí)所用定量?jī)x器的最小刻度為0.1mL，估讀0.01ml，F(xiàn)eSO₄溶液在空氣中露置一段時(shí)間后會(huì)被氧化，消耗硫酸亞鐵增大，測(cè)定該Ce（OH）₄產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)偏大；
故答案為：0.1mL；偏大；
（5）稱(chēng)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(guò)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）$\frac{1.6g}{160g/mol}$=0.01mol，生成氫氧化鐵沉淀物質(zhì)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(yīng)，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(xué)式為Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O，
故答案為：Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題以工藝流程為基礎(chǔ)，考查了化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、元素及化合物知識(shí)反應(yīng)等相關(guān)知識(shí)，提純制備，為高考常見(jiàn)題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?jì)算能力的考查，注意把握實(shí)驗(yàn)的原理和操作方法，題目難度較大．