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(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的廢玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂等物質）．某課題以此粉末為原料，資源回收的工藝流程如下：

（1）寫出第①步反應的離子方程式

 

．
（2）洗滌濾渣B的目的是為了除去

 

（填離子符號），檢驗該離子是否洗凈的方法是

 

．
（3）寫出第③步反應的化學方程式

 

．
（4）制備綠礬（FeSO₄?7H₂O）時，向Fe₂（SO₄）₃溶液中加入過量鐵屑，充分反應后，經(jīng)過濾得到FeSO₄溶液，再經(jīng)

 

、過濾、洗滌、干燥等操作步驟得到綠礬．
（5）取上述流程中得到的Ce（OH）₄產(chǎn)品（質量分數(shù)為97%）1.0g，加硫酸溶解后，用0.1000mol/LFeSO₄溶液滴定至終點（鈰被還原成Ce³⁺），則需準確滴加標準溶液的體積為

 

mL．（保留小數(shù)點后兩位Ce-140）
（6）寫出第⑤步反應的化學方程式

 

．

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；濾渣A（Fe₂O₃、CeO₂）加稀硫酸后過濾得濾液B是硫酸鐵溶液，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步反應Ce³⁺加堿生成Ce（OH）₃懸濁液；第⑤步反應Ce（OH）₃懸濁液被氧化生成Ce（OH）₄．
（1）根據(jù)廢玻璃粉末的成分（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂等物質），可知能與氫氧化鈉反應的只有二氧化硅．其離子方程式為SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O；
（2）經(jīng)分析濾渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂；第②步反應Fe₂O₃與稀硫酸作用生成Fe₂（SO₄）₃，洗滌濾渣B的目的顯然是為了除去 Fe³⁺，檢驗鐵離子是否洗凈的方法是取最后一次洗滌液，加入KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈；否則未洗凈；
（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）綠礬（FeSO₄?7H₂O）是結晶水合物，固體加熱易分解；故由FeSO₄溶液制備綠礬（FeSO₄?7H₂O）時，應經(jīng) 蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等操作步驟得到；
（5）由已知條件：取上述流程中得到的Ce（OH）₄產(chǎn)品（質量分數(shù)為97%）1.0g，加硫酸溶解后，用0.1000mol/LFeSO₄溶液滴定至終點，鈰被還原成Ce³⁺）則Fe²⁺，被氧化為Fe³⁺，根據(jù)守恒列式計算可得需準確滴加標準溶液的體積；
（6）第⑤步反應Ce（OH）₃懸濁液被氧化生成Ce（OH）₄．

解答：解：（1）根據(jù)廢玻璃粉末的成分（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂等物質），可知能與氫氧化鈉反應的是二氧化硅，其離子方程式為SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O，
故答案為：SiO₂+2OH^-═SiO₃^2-+H₂O；
（2）經(jīng)分析濾渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂；第②步反應Fe₂O₃與稀硫酸作用生成Fe₂（SO₄）₃，洗滌濾渣B的目的顯然是為了除去 Fe³⁺，檢驗鐵離子是否洗凈的方法是取最后一次洗滌液，加入KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈；否則未洗凈，
故答案為：Fe³⁺；取最后一次洗滌液，加入KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈；否則未洗凈；
（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═2Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O；
（4）綠礬（FeSO₄?7H₂O）是結晶水合物，固體加熱易分解；故由FeSO₄溶液制備綠礬（FeSO₄?7H₂O）時，應經(jīng) 蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥等操作步驟得到，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶；
（5）由已知條件：取上述流程中得到的Ce（OH）₄產(chǎn)品（質量分數(shù)為97%）1.0g，加硫酸溶解后得Ce⁴⁺，用0.1000mol/LFeSO₄溶液滴定至終點，鈰被還原成Ce³⁺，則Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，根據(jù)守恒列式n（Ce（OH）₄）=n（FeSO₄）=

1.0g×97%

208g/mol

=0.004663mol，可得需準確滴加標準溶液的體積=

0.004663mol

0.1000mol/L

=0.04663L=46.63mL，
故答案為：46.63；
（6）第⑤步反應Ce（OH）₃懸濁液被空氣中的氧氣氧化生成Ce（OH）₄，反應的化學方程式為：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O═4Ce（OH）₄，
故答案為：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O═4Ce（OH）₄．

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、化學計算、氧化還原反應等相關知識，題目難度中等．