Question

10．平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物质）．某课题以此粉末为原料，设计如下工艺流程对资源进行回收，得到Ce（OH）₄和硫酸铁铵矾：

已知：ⅰ．酸性条件下，铈在水溶液中有Ce³⁺、Ce⁴⁺两种主要存在形式，Ce³⁺易水解，Ce⁴⁺有较强氧化性．ⅱ．CeO₂不溶于稀硫酸ⅲ．硫酸铁铵1Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O]广泛用于水的净化处理．
（1）滤液A的主要成分Na₂SiO₃ （填写化学式）
（2）写出反应①的离子方程式2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O
（3）反应①之前要洗涤滤渣B，对滤渣B进行“漂洗”的实验操作方法是沿玻璃棒向漏斗中加蒸馏水至没过沉淀，待水自然流下，重复2～3次．
（4）稀土元素的提纯，还可采用萃取法．已知化合物HT作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，过程表示为Ce₂（SO₄）₃ （水层）+6HT（有机层）?2CeT₃（有机层）+3H₂SO₄（水层），分液得到CeT₃ （有机层），再加入H₂SO₄获得较纯的含Ce³⁺的水溶液．可选择硫酸作反萃取的原因是加入硫酸，可使平衡向左进行，使Ce³⁺进入水层．
（5）用滴定法测定制得的Ce（OH）₄产品纯度．称取Ce（OH）4样品加酸溶解用FeSO₄溶液滴定所用FeSO₄溶液在空气中露置一段时间后再进行滴定，则测得该Ce（OH）₄产品的质量分数偏大．（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）
（6）已知pH＞11时Zn（OH）₂能溶于NaOH溶液生成1Zn（OH）₄]^2-．用FeSO₄溶液（含有ZnSO₄杂质）来制备硫酸铁铵矾．实验中可选用的试剂：KMnO₄溶液，30%H₂O₂，NaOH溶液，饱和石灰水，稀 H₂SO₄溶液，稀盐酸．实验步骤依次为：
①向含有ZnSO₄杂质的FeSO₄溶液中，加入足量的NaOH溶液，过滤，洗涤；
②将沉淀溶于稀硫酸中，并加入30%H₂O₂溶液，充分反应；
③向②中得到的溶液中加入硫酸铵溶液，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤、洗涤、常温晾干，得硫酸铁铵晶体（NH₄） Fe（SO₄）₂•12H₂O．

Answer 1

分析 废玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物质）加氢氧化钠溶液，二氧化硅溶于氢氧化钠生成硅酸钠，Fe₂O₃、CeO₂、FeO不溶，过滤，得到滤液A的主要成分为硅酸钠，滤渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂、FeO，滤渣A（Fe₂O₃、CeO₂、FeO）加稀硫酸后过滤得滤液B是硫酸亚铁、硫酸铁的混合溶液，滤渣B的成分是CeO₂，CeO₂与H₂O₂和稀H₂SO₄反应生成Ce³⁺和O₂，反应为：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；Ce³⁺加碱生成Ce（OH）₃悬浊液；Ce（OH）₃悬浊液被氧化生成Ce（OH）₄，
（1）废玻璃粉末加氢氧化钠溶液，二氧化硅溶于氢氧化钠生成硅酸钠，Fe₂O₃、CeO₂、FeO不溶，过滤，得到滤液A的主要成分为硅酸钠，滤渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂、FeO；
（2）反应①为CeO₂与H₂O₂和稀H₂SO₄反应生成Ce³⁺和O₂；
（3）反应①之前要洗涤滤渣B，方法为：沿玻璃棒向漏斗中加蒸馏水至没过沉淀，待水自然流下；
（4）分液得到CeT₃ （有机层），再加入H₂SO₄获得较纯的含Ce³⁺的水溶液．可选择硫酸作反萃取的原因是加入硫酸，可使平衡向左进行，使Ce³⁺进入水层；
（5）所用FeSO₄溶液在空气中露置一段时间后再进行滴定，部分亚铁离子被氧化生成铁离子，则硫酸亚铁浓度降低，导致硫酸亚铁溶液体积增大；
（6）①向含有ZnSO₄杂质的FeSO₄溶液中，加入足量的NaOH溶液，亚铁离子和氢氧根离子反应生成沉淀，锌离子和过量氢氧根离子生成偏锌酸根离子，然后采用过滤方法分离；
②将硫酸亚铁氧化得到硫酸铁；
③向②中得到的溶液中加入硫酸铵溶液，从溶液中获取晶体采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、常温晾干的方法．

解答 解：（1）废玻璃粉末加氢氧化钠溶液，二氧化硅溶于氢氧化钠生成硅酸钠，Fe₂O₃、CeO₂、FeO不溶，过滤，得到滤液A的主要成分为硅酸钠，滤渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂、FeO，加稀硫酸后过滤得滤液B主要成分为额是硫酸亚铁、硫酸铁的混合溶液；
故答案为：Na₂SiO₃；
（2）反应①为CeO₂与H₂O₂和稀H₂SO₄反应生成Ce³⁺和O₂，反应为：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
故答案为：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（3）反应①之前要洗涤滤渣B，方法为：沿玻璃棒向漏斗中加蒸馏水至没过沉淀，待水自然流下，重复2～3次；
故答案为：沿玻璃棒向漏斗中加蒸馏水至没过沉淀，待水自然流下，重复2～3次；
（4）加入硫酸，可使平衡向左进行，使Ce³⁺进入水层，所以可选择硫酸作反萃取剂；
故答案为：加入硫酸，可使平衡向左进行，使Ce³⁺进入水层；
（5）所用FeSO₄溶液在空气中露置一段时间后再进行滴定，部分亚铁离子被氧化生成铁离子，则硫酸亚铁浓度降低，导致硫酸亚铁溶液体积增大，所以测得该Ce（OH）₄产品的质量分数偏大；
故答案为：偏大；
（6）①向含有ZnSO₄杂质的FeSO₄溶液中，加入足量的NaOH溶液，亚铁离子和氢氧根离子反应生成沉淀，锌离子和过量氢氧根离子生成偏锌酸根离子，然后采用过滤方法分离，
故答案为：NaOH溶液；
②硫酸铁和硫酸铵混合得到硫酸铁铵钒，所以将沉淀溶解在足量的稀硫酸中，并加入适量30%H₂O₂溶液，充分反应得到硫酸铁溶液，
故答案为：30%H₂O₂溶液；
③向②中得到的溶液中加入硫酸铵溶液，从溶液中获取晶体采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、常温晾干的方法，从而得到晶体，
故答案为：蒸发浓缩，冷却结晶．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及物质分离和提纯方法选取、晶体获取方法、氧化还原反应等知识点，明确反应原理是解本题关键，知道流程图中发生的反应及基本操作方法，题目难度中等．