Question

3．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等物質(zhì)）．以此粉末為原料回收Ce（OH）₄和綠礬的工藝流程如圖所示：

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；
Ⅱ．CeO₂不溶于稀硫酸；利用有機(jī)溶劑可分離稀土元素如Ce等化合物．
請(qǐng)按要求回答下列問(wèn)題：
（1）Ce的原子序數(shù)為58，它位于元素周期表中第六周期．
（2）步驟 ①、⑥反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為2NaOH+SiO₂=Na₂SiO₃+H₂O、4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄．
（3）檢驗(yàn)濾渣B洗滌干凈的方法是取少量最后一次洗滌液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈．
（4）步驟 ③的離子方程式為2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O．
（5）操作X名稱(chēng)為萃取分液．
（6）在濾液B中加過(guò)量鐵粉于50℃水浴中加熱充分反應(yīng)后趁熱過(guò)濾，濾液移至試管中，用橡膠塞塞緊試管口，靜置、冷卻一段時(shí)間后收集得產(chǎn)品綠礬．
步驟 ②中的硫酸溶液過(guò)稀會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率慢、不利于晶體析出；溶液趁熱過(guò)濾的原因是減少FeSO₄的損失；塞緊試管口的目的是防止空氣進(jìn)入試管將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；靜置冷卻一段時(shí)間后，在試管中觀(guān)察到的現(xiàn)象是有淺綠色晶體析出．
（7）取2.08g產(chǎn)品Ce（OH）₄，加過(guò)量稀硫酸溶解后，用0.1000mol/L FeSO₄溶液滴定至終點(diǎn)共消耗90.00mL，則產(chǎn)品中Ce（OH）₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%．

Answer 1

分析 以廢玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂等物質(zhì)）為原料回收Ce（OH）₄和綠礬的工藝流程為：第①步反應(yīng)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、CeO₂，二氧化硅與氫氧化鈉反應(yīng)生成硅酸鈉，溶于水；濾渣A（Fe₂O₃、CeO₂）加稀硫酸后過(guò)濾得濾液B是硫酸鐵溶液，濾渣B的成分是CeO₂；第③步反應(yīng)CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應(yīng)生成Ce³⁺和O₂；第④步是用有機(jī)溶劑將Ce³⁺萃取出來(lái)，通過(guò)分液操作可得有機(jī)層含有Ce³⁺，第⑤步用某試劑進(jìn)行反應(yīng)萃取，得濃的Ce³⁺溶液，第⑥步濃的Ce³⁺溶液中加堿，再用氧氣氧化得Ce（OH）₄，據(jù)此答題；

解答 解：以廢玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂等物質(zhì)）為原料回收Ce（OH）₄和綠礬的工藝流程為：第①步反應(yīng)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、CeO₂，二氧化硅與氫氧化鈉反應(yīng)生成硅酸鈉，溶于水；濾渣A（Fe₂O₃、CeO₂）加稀硫酸后過(guò)濾得濾液B是硫酸鐵溶液，濾渣B的成分是CeO₂；第③步反應(yīng)CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應(yīng)生成Ce³⁺和O₂；第④步是用有機(jī)溶劑將Ce³⁺萃取出來(lái)，通過(guò)分液操作可得有機(jī)層含有Ce³⁺，第⑤步用某試劑進(jìn)行反應(yīng)萃取，得濃的Ce³⁺溶液，第⑥步濃的Ce³⁺溶液中加堿，再用氧氣氧化得Ce（OH）₄，
（1）Ce的原子序數(shù)為58，根據(jù)元素周期表可知，它位于元素周期表中第六周期，
故答案為：六；  
（2）根據(jù)上面的分析可知，步驟 ①反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaOH+SiO₂=Na₂SiO₃+H₂O，步驟 ⑥反應(yīng)的化學(xué)方程式為 4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄，
故答案為：2NaOH+SiO₂=Na₂SiO₃+H₂O；4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄；
（3）濾渣B的表面有可能的雜質(zhì)為鐵離子，所以檢驗(yàn)濾渣B洗滌干凈的方法是取少量最后一次洗滌液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈，
故答案為：取少量最后一次洗滌液于試管中，滴加幾滴KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈；
（4）根據(jù)上面的分析可知，步驟 ③的離子方程式為2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O，
故答案為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（5）根據(jù)上面的分析可知，操作X名稱(chēng)為萃取分液，
故答案為：萃取分液；
（6）步驟 ②中的硫酸溶液過(guò)稀會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率慢、不利于晶體析出，在濾液B中加過(guò)量鐵粉于50℃水浴中加熱充分反應(yīng)后趁熱過(guò)濾，可以減少FeSO₄的損失，亞鐵離子易被空氣中的氧氣氧化，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)要塞緊試管口，靜置冷卻一段時(shí)間后，在試管中觀(guān)察到的現(xiàn)象是有淺綠色晶體析出，
故答案為：反應(yīng)速率慢、不利于晶體析出；減少FeSO₄的損失；防止空氣進(jìn)入試管將Fe²⁺氧化為Fe³⁺；有淺綠色晶體析出；
（7）FeSO₄的物質(zhì)的量為0.1000mol/L×90.00mL×10^-3=9.0×10^-3mol，根據(jù)電子得失守恒有關(guān)系式FeSO₄～Ce（OH）₄，所以取2.08g產(chǎn)品中Ce（OH）₄的質(zhì)量為9.0×10^-3mol×208g/mol=1.872g，所以產(chǎn)品中Ce（OH）₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{1.872g}{2.08g}$×100%=90%，
故答案為：90%．

點(diǎn)評(píng) 本題以工藝流程為基礎(chǔ)，考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、元素及化合物知識(shí)、化學(xué)計(jì)算、氧化還原反應(yīng)等相關(guān)知識(shí)，題目難度中等，明確實(shí)驗(yàn)流程及反應(yīng)原理為解答關(guān)鍵，試題有利于培養(yǎng)學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算能力．