Question

二氧化鈰（CeO₂）是一種重要的稀土氧化物．平板電視顯示屏生產過程中產生大量的廢玻璃粉末（主要含CeO₂、SiO₂、Fe₂O₃等）．某課題組以此粉末為原料回收鈰，設計實驗流程如圖：

（1）洗滌濾渣A的主要目的是為了除去

 

（填離子符號）．
（2）第②步反應的離子方程式為：

 

；濾渣B的主要成分是：

 

．
（3）萃取是分離稀土元素的常用方法．已知化合物TBP作為萃取劑能將鈰離子從水溶液中萃取出來，TBP

 

（填“能”或“不能”）與水互溶．實驗室進行萃取操作時用到的主要玻璃儀器有：

 

、燒杯、玻璃棒、量筒等．
（4）取上述流程中得到的Ce（OH）₄產品0.462g，加硫酸溶解后，用0.1000mol?L-¹FeSO₄標準溶液滴定至終點時（鈰被還原為Ce³⁺），消耗20.00mL標準溶液．該產品中Ce（OH）₄的質量分數為：

 

（小數點后保留兩位有效數字）．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：廢玻璃粉末中含有SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂，向其中加入稀鹽酸，Fe₂O₃反應變成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，CeO₂反應變成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，經過濾、洗滌、干燥得到純凈的Ce（OH）₄；
根據該反應過程為：①CeO₂、SiO₂、Fe₂O₃等中加入稀鹽酸，Fe₂O₃轉化FeCl₃存在于濾液中，濾渣為CeO₂和SiO₂；②加入稀硫酸和H₂O₂，CeO₂轉化為Ce³⁺，濾渣為SiO₂；③加入堿后Ce³⁺轉化為沉淀，④通入氧氣講Ce從+3氧化為+4，得到產品；
（1）根據濾渣A上含有FeCl₃；
（2）根據氧化還原反應中電子得失守恒來分析；濾渣B為SiO₂；
（3）根據萃取劑與水不互溶的原則來回答，根據萃取實驗的儀器：分液漏斗、燒杯、玻璃棒、量筒等來回答；
（4）根據電子守恒建立關系式：Ce（OH）₄～FeSO₄，然后進行計算求出Ce（OH）₄的質量，最后求出質量分數．

解答： 解：廢玻璃粉末中含有SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂，向其中加入稀鹽酸，Fe₂O₃反應變成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，CeO₂反應變成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，經過濾、洗滌、干燥得到純凈的Ce（OH）₄；
（1）濾渣A上含有FeCl₃，洗滌濾渣A的目的是為了除去Fe³⁺；
（2）稀硫酸、H₂O₂，CeO₂三者反應生成轉化為Ce₂（SO₄）₃、O₂和H₂O，反應的離子方程式為：6H⁺+H₂O₂+2CeO₂=2Ce³⁺+O₂ ↑+4H₂O；加入稀硫酸和H₂O₂，CeO₂轉化為Ce³⁺，SiO₂不反應，濾渣B的成分為SiO₂，
故答案為：6H⁺+H₂O₂+2CeO₂=2Ce³⁺+O₂ ↑+4H₂O；SiO₂；
（3）化合物TBP作為萃取劑能將鈰離子從水溶液中萃取出來，所以TBP不能與水互溶，實驗室進行萃取操作時用到的主要玻璃儀器有：分液漏斗、燒杯、玻璃棒、量筒等，故答案為：不能；分液漏斗；
（4）Ce（OH）₄ ～FeSO₄
    0.0020mol   0.1000mol/L^-1×0.020L
所以m（Ce（OH）₄）=0.0020mol×208g/mol=0.416g，產品中Ce（OH）₄的質量分數為

0.416g

0.462g

×100%=90.04%，
故答案為：90.04%；

點評：本題以工藝流程為基礎，考察化學實驗基本操作、元素及化合物知識、化學計算、氧化還原反應等相關知識．