Question

7．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）．某课题小组以此粉末为原料，设计如图1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．硫酸铁铵矾[Fe₂（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2 CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O．
（3）反应①之前要洗涤滤渣B，对滤渣B进行洗涤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剂的原因是加入硫酸，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．

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Fe³⁺沉淀的pH范围：2.2～3.2，Fe²⁺沉淀的pH范围：5.8～7.9，Zn²⁺沉淀的pH范围：5.8～11.0，pH＞11时Zn（OH）₂能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）₄]^2-．现用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溶液至pH＞11，过滤、洗涤；
②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；
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）加入NaOH溶液，SiO₂和NaOH溶液反应生成硅酸钠，Fe₂O₃、CeO₂、FeO不反应，然后过滤，滤液A中含有硅酸钠和NaOH，滤渣A中含有Fe₂O₃、CeO₂、FeO；
向滤渣中加入稀硫酸，Fe₂O₃、FeO溶解生成Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄，CeO₂不溶于稀硫酸，然后过滤，滤液B中含有Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄和硫酸，滤渣B中含有CeO₂；
将滤液B氧化得到硫酸铁，然后加热蒸发并加入硫酸铵，通过蒸发浓缩、冷却结晶得到硫酸铁铵钒；
将滤渣B加入稀硫酸和双氧水，Ce⁴⁺有较强氧化性，能将双氧水氧化为氧气，自身被还原得到Ce³⁺，向溶液中加入碱得到Ce（OH）₃悬浊液，将Ce（OH）₃氧化得到Ce（OH）₄；
（1）滤液A的主要成分为硅酸钠；
（2）反应①为 CeO₂和H₂O₂的氧化还原反应；
（3）洗涤沉淀的方法是：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）生成物浓度增大，平衡逆向移动；
（5）所用FeSO₄溶液在空气中露置一段时间后再进行滴定，导致硫酸亚铁溶液体积增大，则测得该Ce（OH）₄产品的质量分数增大；
（6）①分离难溶性固体和溶液采用过滤方法，将沉淀洗涤得到较纯净的物质；
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：废玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物质）加入NaOH溶液，SiO₂和NaOH溶液反应生成硅酸钠，Fe₂O₃、CeO₂、FeO不反应，然后过滤，滤液A中含有硅酸钠和NaOH，滤渣A中含有Fe₂O₃、CeO₂、FeO；
向滤渣中加入稀硫酸，Fe₂O₃、FeO溶解生成Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄，CeO₂不溶于稀硫酸，然后过滤，滤液B中含有Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄和硫酸，滤渣B中含有CeO₂；
将滤液B氧化得到硫酸铁，然后加热蒸发并加入硫酸铵，通过蒸发浓缩、冷却结晶得到硫酸铁铵钒；
将滤渣B加入稀硫酸和双氧水，Ce⁴⁺有较强氧化性，能将双氧水氧化为氧气，自身被还原得到Ce³⁺，向溶液中加入碱得到Ce（OH）₃悬浊液，将Ce（OH）₃氧化得到Ce（OH）₄；
（1）只有二氧化硅能溶于NaOH溶液，所以滤液A的主要成分为Na₂SiO₃，故答案为：Na₂SiO₃；
（2）反应①为 CeO₂和H₂O₂的氧化还原反应，双氧水被氧化生成氧气，离子反应方程式为2 CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4 H₂O，
故答案为：2 CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4 H₂O；
（3）洗涤沉淀的方法是：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，从而得到较纯净的沉淀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分离难溶性固体和溶液采用过滤方法，将沉淀洗涤得到较纯净的物质，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：过滤；洗涤；
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：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；
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．