Question

2．資源的開發(fā)利用和保護環(huán)境關(guān)系到人類可持續(xù)發(fā)展，需要全社會的共同努力．信息時代產(chǎn)生的大量電子垃圾對環(huán)境構(gòu)成了極大的威脅．
 某課題小組根據(jù)廢舊顯示屏玻璃中含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物質(zhì)，他們設(shè)計如下流程，以此玻璃粉末為原料，制得
Ce（OH）₄和硫酸鐵銨礬[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O]．

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，Ce⁴⁺有較強氧化性；
Ⅱ．CeO₂不溶于稀硫酸，也不溶于NaOH溶液．
回答以下問題：
（1）反應(yīng)①加NaOH溶液，玻璃粉末中的SiO₂（寫化學式）轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)．
（2）反應(yīng)②中H₂O₂的作用是氧化Fe²⁺使之轉(zhuǎn)化為Fe³⁺．
（3）反應(yīng)③的離子方程式是2CeO₂+6H⁺+H₂O₂=2 Ce³⁺+4H₂O+O₂↑．
（4）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⁺的水溶液的原因是混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ce³⁺水溶液方向移動．在實驗室中進行萃取分液操作必需的儀器有鐵架臺（含鐵圈）、分液漏斗和燒杯，振蕩，靜置，當液體分層后，接下來的操作是打開分液漏斗上口塞子（或?qū)⒎忠郝┒飞峡谌�子凹槽對準漏斗口頸上小孔）；先打開活塞放出下層液體，后將上層液體從分液漏斗上口倒入另一燒杯中．
（5）相同物質(zhì)的量濃度的以下四種溶液中，NH₄⁺的濃度由大到小的順序是A＞C＞B＞D（填字母）．
A．Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O     B．（NH₄）₂CO₃     C．（NH₄）₂SO₄      D．NH₄HSO₄．

Answer 1

分析 將玻璃粉末溶于NaOH溶液，SiO₂和NaOH反應(yīng)生成可溶性的Na₂SiO₃，F(xiàn)e₂O₃、CeO₂、FeO和NaOH不反應(yīng)，然后采用過濾方法分離，則濾液A中含有NaOH、Na₂SiO₃，濾渣A中含有Fe₂O₃、CeO₂、FeO；
向濾渣中加入稀硫酸，CeO₂不溶于稀硫酸，也不溶于NaOH溶液，所以Fe₂O₃、FeO溶于稀硫酸，采用過濾方法得到濾渣B為CeO₂，濾液B中含有Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄，向濾液中加入雙氧水，雙氧水將亞鐵離子氧化為鐵離子，得到溶液C為Fe₂（SO₄）₃，向溶液C中加入硫酸銨并加熱得到Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄，然后采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾方法得到硫酸鐵銨釩；
向濾渣CeO₂中加入稀硫酸、雙氧水，Ce⁴⁺有較強氧化性，發(fā)生反2CeO₂+6H⁺+H₂O₂=2 Ce³⁺+4H₂O+O₂↑，得到Ce³⁺溶液，然后采用萃取方法將Fe³⁺從水溶液中萃取出來，再利用反萃取法得到Ce³⁺濃溶液，然后加入堿并通入氧氣得到Ce（OH）₄；
（1）二氧化硅屬于酸性氧化物，能溶于強堿溶液；
（2）反應(yīng)②中H₂O₂具有強氧化性，能氧化還原性離子；
（3）反應(yīng)③的離子方程式是2CeO₂+6H⁺+H₂O₂=2 Ce³⁺+4H₂O+O₂↑；
（4）增大硫酸濃度，平衡逆向移動；根據(jù)分液操作方法解答；
（5）相同物質(zhì)的量濃度的以下四種溶液中，銨根離子水解程度越大，則NH₄⁺的濃度越�。�

解答 解：將玻璃粉末溶于NaOH溶液，SiO₂和NaOH反應(yīng)生成可溶性的Na₂SiO₃，F(xiàn)e₂O₃、CeO₂、FeO和NaOH不反應(yīng)，然后采用過濾方法分離，則濾液A中含有NaOH、Na₂SiO₃，濾渣A中含有Fe₂O₃、CeO₂、FeO；
向濾渣中加入稀硫酸，CeO₂不溶于稀硫酸，也不溶于NaOH溶液，所以Fe₂O₃、FeO溶于稀硫酸，采用過濾方法得到濾渣B為CeO₂，濾液B中含有Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄，向濾液中加入雙氧水，雙氧水將亞鐵離子氧化為鐵離子，得到溶液C為Fe₂（SO₄）₃，向溶液C中加入硫酸銨并加熱得到Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄，然后采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾方法得到硫酸鐵銨釩；
向濾渣CeO₂中加入稀硫酸、雙氧水，Ce⁴⁺有較強氧化性，發(fā)生反2CeO₂+6H⁺+H₂O₂=2 Ce³⁺+4H₂O+O₂↑，得到Ce³⁺溶液，然后采用萃取方法將Fe³⁺從水溶液中萃取出來，再利用反萃取法得到Ce³⁺濃溶液，然后加入堿并通入氧氣得到Ce（OH）₄；
（1）SiO₂屬于酸性氧化物，能溶于強堿溶液，所以反應(yīng)①加NaOH溶液，玻璃粉末中的SiO₂ 轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)，故答案為：SiO₂；
（2）反應(yīng)②中H₂O₂具有強氧化性，二價鐵離子具有還原性，所以雙氧水能氧化還原性Fe²⁺使之轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，
故答案為：氧化Fe²⁺使之轉(zhuǎn)化為Fe³⁺；
（3）Ce⁴⁺有較強氧化性，酸性條件下，CeO₂能被雙氧水還原生成Ce³⁺，反應(yīng)③的離子方程式是2CeO₂+6H⁺+H₂O₂=2 Ce³⁺+4H₂O+O₂↑，
故答案為：2CeO₂+6H⁺+H₂O₂=2 Ce³⁺+4H₂O+O₂↑；
（4）混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ce³⁺水溶液方向移動；分液還需要的儀器是分液漏斗和燒杯，其操作方法是打開分液漏斗上口塞子（或?qū)⒎忠郝┒飞峡谌�子凹槽對準漏斗口頸上小孔），先打開活塞放出下層液體，后將上層液體從分液漏斗上口倒入另一燒杯中，
故答案為：混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ce³⁺水溶液方向移動；分液漏斗和燒杯；打開分液漏斗上口塞子（或?qū)⒎忠郝┒飞峡谌�子凹槽對準漏斗口頸上小孔），先打開活塞放出下層液體，后將上層液體從分液漏斗上口倒入另一燒杯中；
（5）相同物質(zhì)的量濃度的以下四種溶液中，銨根離子水解程度越大，則NH₄⁺的濃度越�。�
Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O中亞鐵離子抑制銨根離子水解；
（NH₄）₂CO₃ 中碳酸根離子促進銨根離子水解；
（NH₄）₂SO₄中銨根離子水解但程度大于A；
NH₄HSO₄中氫離子抑制銨根離子水解且程度大于A；
銨根離子能水解但程度較小，所以銨根離子濃度大小順序是A＞C＞B＞D，
故答案為：A＞C＞B＞D．

點評 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考查，涉及基本實驗操作、鹽類水解、氧化還原反應(yīng)等知識點，明確流程圖中物質(zhì)的性質(zhì)、基本操作方法是解本題關(guān)鍵，注意結(jié)合題給信息解答問題，題目難度中等，難點是（5）題銨根離子濃度大小比較．