Question

7．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、FeO等物質(zhì)）．某課題小組以此粉末為原料，設計如圖1工藝流程對資源進行回收，得到Ce（OH）₄和硫酸鐵銨礬：

已知：
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⁺有較強氧化性；
Ⅱ．CeO₂不溶于稀硫酸；
Ⅲ．硫酸鐵銨礬[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O]廣泛用于水的凈化處理．
（1）濾液A的主要成分Na₂SiO₃（填寫化學式）．
（2）寫出反應①的離子方程式2 CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O．
（3）反應①之前要洗滌濾渣B，對濾渣B進行洗滌的實驗操作方法是沿玻璃棒向漏斗中加蒸餾水至沒過沉淀，待水自然流下，重復2～3次
（4）稀土元素的提純，還可采用萃取法．已知化合物HT作為萃取劑能將鈰離子從水溶液中萃取出來，過程表示為Ce₂（SO₄）₃ （水層）+6HT（有機層）?2CeT₃（有機層）+3H₂SO₄（水層），分液得到CeT₃ （有機層），再加入H₂SO₄獲得較純的含Ce³⁺的水溶液．可選擇硫酸作反萃取劑的原因是加入硫酸，可使平衡向左進行，使Ce³⁺進入水層．
（5）用滴定法測定制得的Ce（OH）₄產(chǎn)品純度．

所用FeSO₄溶液在空氣中露置一段時間后再進行滴定，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”）
（6）已知Fe³⁺沉淀的pH范圍：2.2～3.2，F(xiàn)e²⁺沉淀的pH范圍：5.8～7.9，Zn²⁺沉淀的pH范圍：5.8～11.0，pH＞11時Zn（OH）₂能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）₄]^2-．現(xiàn)用FeSO₄溶液（含有ZnSO₄雜質(zhì)）來制備硫酸鐵銨礬．實驗中可選用的試劑：KMnO₄溶液、30%H₂O₂、NaOH溶液、飽和石灰水、稀H₂SO₄溶液、稀鹽酸．
實驗步驟依次為：
①向含有ZnSO₄雜質(zhì)的FeSO₄溶液中，加入足量的NaOH溶液至pH＞11，過濾、洗滌；
②將沉淀溶解在足量的稀硫酸中，并加入適量30%H₂O₂溶液，充分反應；
③向②中得到的溶液中加入硫酸銨溶液，蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶過濾、洗滌、常溫晾干，得硫酸鐵銨晶體（NH₄） Fe（SO₄）₂•12H₂O．

Answer 1

分析 廢玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物質(zhì)）加入NaOH溶液，SiO₂和NaOH溶液反應生成硅酸鈉，F(xiàn)e₂O₃、CeO₂、FeO不反應，然后過濾，濾液A中含有硅酸鈉和NaOH，濾渣A中含有Fe₂O₃、CeO₂、FeO；
向濾渣中加入稀硫酸，F(xiàn)e₂O₃、FeO溶解生成Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄，CeO₂不溶于稀硫酸，然后過濾，濾液B中含有Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄和硫酸，濾渣B中含有CeO₂；
將濾液B氧化得到硫酸鐵，然后加熱蒸發(fā)并加入硫酸銨，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到硫酸鐵銨釩；
將濾渣B加入稀硫酸和雙氧水，Ce⁴⁺有較強氧化性，能將雙氧水氧化為氧氣，自身被還原得到Ce³⁺，向溶液中加入堿得到Ce（OH）₃懸濁液，將Ce（OH）₃氧化得到Ce（OH）₄；
（1）濾液A的主要成分為硅酸鈉；
（2）反應①為 CeO₂和H₂O₂的氧化還原反應；
（3）洗滌沉淀的方法是：沿玻璃棒向漏斗中加蒸餾水至沒過沉淀，待水自然流下，重復2～3次；
（4）生成物濃度增大，平衡逆向移動；
（5）所用FeSO₄溶液在空氣中露置一段時間后再進行滴定，導致硫酸亞鐵溶液體積增大，則測得該Ce（OH）₄產(chǎn)品的質(zhì)量分數(shù)增大；
（6）①分離難溶性固體和溶液采用過濾方法，將沉淀洗滌得到較純凈的物質(zhì)；
②將硫酸亞鐵氧化得到硫酸鐵；
③向②中得到的溶液中加入硫酸銨溶液，從溶液中獲取晶體采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、常溫晾干的方法．

解答 解：廢玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物質(zhì)）加入NaOH溶液，SiO₂和NaOH溶液反應生成硅酸鈉，F(xiàn)e₂O₃、CeO₂、FeO不反應，然后過濾，濾液A中含有硅酸鈉和NaOH，濾渣A中含有Fe₂O₃、CeO₂、FeO；
向濾渣中加入稀硫酸，F(xiàn)e₂O₃、FeO溶解生成Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄，CeO₂不溶于稀硫酸，然后過濾，濾液B中含有Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄和硫酸，濾渣B中含有CeO₂；
將濾液B氧化得到硫酸鐵，然后加熱蒸發(fā)并加入硫酸銨，通過蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得到硫酸鐵銨釩；
將濾渣B加入稀硫酸和雙氧水，Ce⁴⁺有較強氧化性，能將雙氧水氧化為氧氣，自身被還原得到Ce³⁺，向溶液中加入堿得到Ce（OH）₃懸濁液，將Ce（OH）₃氧化得到Ce（OH）₄；
（1）只有二氧化硅能溶于NaOH溶液，所以濾液A的主要成分為Na₂SiO₃，故答案為：Na₂SiO₃；
（2）反應①為 CeO₂和H₂O₂的氧化還原反應，雙氧水被氧化生成氧氣，離子反應方程式為2 CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4 H₂O，
故答案為：2 CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4 H₂O；
（3）洗滌沉淀的方法是：沿玻璃棒向漏斗中加蒸餾水至沒過沉淀，待水自然流下，重復2～3次，從而得到較純凈的沉淀沿玻璃棒向漏斗中加蒸餾水至沒過沉淀，待水自然流下，重復2～3次，故答案為：沿玻璃棒向漏斗中加蒸餾水至沒過沉淀，待水自然流下，重復2～3次；
（4）加入硫酸，可使平衡向左進行，使Ce³⁺進入水層，所以可選擇硫酸作反萃取劑，故答案為：加入硫酸，可使平衡向左進行，使Ce³⁺進入水層；
（5）所用FeSO₄溶液在空氣中露置一段時間后再進行滴定，部分亞鐵離子被氧化生成鐵離子，則硫酸亞鐵濃度降低，導致硫酸亞鐵溶液體積增大，所以測得該Ce（OH）₄產(chǎn)品的質(zhì)量分數(shù)偏大，故答案為：偏大；
（6）①分離難溶性固體和溶液采用過濾方法，將沉淀洗滌得到較純凈的物質(zhì)，亞鐵離子和氫氧根離子反應生成沉淀，鋅離子和過量氫氧根離子生成偏鋅酸根離子，然后采用過濾方法分離，故答案為：過濾；洗滌；
②硫酸鐵和硫酸銨混合得到硫酸鐵銨釩，所以將沉淀溶解在足量的稀硫酸中，并加入適量30%H₂O₂溶液，充分反應得到硫酸鐵溶液，故答案為：將沉淀溶解在足量的稀硫酸中，并加入適量30%H₂O₂溶液，充分反應；
③向②中得到的溶液中加入硫酸銨溶液，從溶液中獲取晶體采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、常溫晾干的方法，從而得到晶體，故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶．

點評 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點，涉及物質(zhì)分離和提純方法選取、晶體獲取方法、氧化還原反應等知識點，明確反應原理是解本題關(guān)鍵，知道流程圖中發(fā)生的反應及基本操作方法，題目難度中等．