Question

12．某工业废玻璃粉末含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等．某课题小组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：CeO₂不溶于稀硫酸；酸性条件下，Ce³⁺易水解，Ce⁴⁺有较强氧化性．
（1）硫酸铁铵矾可净水，其原理是（写离子方程式）Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃（胶体）+3H⁺．
（2）滤液A的主要成分Na₂SiO₃（填写化学式）．
（3）反应①的离子方程式是2CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O．
（4）反应②的化学反应方程式是4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O═4Ce（OH）₄．
（5）已知制硫酸铁铵矾晶体[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O，式量964]的产率为80%，若加入13.2g （NH₄）₂SO₄（式量132），可制得晶体的质量是77.1g．
（6）化合物HT可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混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ce³⁺水溶液方向移动（从平衡移动角度回答）．

Answer 1

分析 废玻璃粉末加氢氧化钠溶液后过滤，得到滤渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂、FeO；滤渣A（Fe₂O₃、CeO₂、FeO），滤液A为Na₂SiO₃，加稀硫酸后过滤得滤液B是硫酸亚铁溶液，加入氧化剂C可生成硫酸铁，所加氧化剂应避免引入新杂质，滤渣B的成分是CeO₂；CeO₂与H₂O₂和稀H₂SO₄反应生成Ce³⁺和O₂；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）硫酸铁铵矾[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O]广泛用于水的净化处理，其净水原理是溶解后溶液中的铁离子水解生成氢氧化铁胶体，胶体具有吸附悬浮杂质的作用，可以净水；
（2）上述分析可知滤液是二氧化硅溶于氢氧化钠溶液生成的硅酸钠溶液；
（3）反应①CeO₂与H₂O₂和稀H₂SO₄反应生成Ce³⁺和O₂；
（4）反应②是Ce（OH）₃被氧气氧化为Ce（OH）₄，根据质量守恒可知，反应物中有水参与；
（5）依据铵根离子守恒计算硫酸铁铵矾晶体物质的量，结合摩尔质量计算制备得到物质质量；
（6）有机物HT能将Ce³⁺从水溶液中萃取出来，该过程可表示为：2Ce³⁺（水层）+6HT（有机层）═2CeT₃（有机层）+6H⁺（水层），加入硫酸增大氢离子浓度，平衡逆向进行向形成Ge³⁺水溶液方向移动，获得较纯的含Ce³⁺的水溶液；

解答 解：（1）硫酸铁铵矾可净水，是利用溶液中铁离子水解生成的氢氧化铁胶体，反应的离子方程式为：Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃（胶体）+3H⁺；
故答案为：Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃（胶体）+3H⁺；
（2）废玻璃粉末加氢氧化钠溶液后过滤，得到滤渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂、FeO；滤渣A（Fe₂O₃、CeO₂、FeO），滤液A为Na₂SiO₃；
故答案为：Na₂SiO₃；
（3）反应①CeO₂与H₂O₂和稀H₂SO₄反应，过氧化氢做还原剂被氧化生成氧气，CeO₂被含有生成Ce³⁺，反应的离子方程式为：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4 H₂O；
故答案为：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4 H₂O；
（4）Ce（OH）₃被氧气氧化为Ce（OH）₄，根据质量守恒可知，反应物中有水参与，化学方程式为：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄，
故答案为：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄；
（5）已知制硫酸铁铵矾晶体[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O，式量964]的产率为80%，若加入13.2g （NH₄）₂SO₄（式量132），n（（NH₄）₂SO₄）=$\frac{13.2g}{132g/mol}$=0.1mol，产率为80%，结合铵根离子守恒，（NH₄）₂SO₄～Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O，可制得晶体的质量=0.1mol×80%×964g/mol=77.1g，
故答案为：77.1g；
（6）有机物HT能将Ce³⁺从水溶液中萃取出来，该过程可表示为：2Ce³⁺（水层）+6HT（有机层）═2CeT₃（有机层）+6H⁺（水层），加入硫酸增大氢离子浓度，平衡逆向进行向形成Ce³⁺水溶液方向移动，获得较纯的含Ce³⁺的水溶液；
故答案为：混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ce³⁺水溶液方向移动．

点评 本题以工艺流程为基础，考查了化学实验基本操作、元素及化合物知识反应等相关知识，提纯制备，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，为高频考点，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，注意把握实验的原理和操作方法，题目难度中等．