Question

9．稀土是一种不可再生的战略性资源，被广泛应用于电子信息、国防军工等多个领域．一种从废弃阴极射线管（CRT）荧光粉中提取稀土元素钇（Y）的工艺流程如图1：

已知：①废弃CRT荧光粉的化学组成（某些不参与反应的杂质未列出）如下表所示；

阶段/含量%/成分	Y2O3	ZnO	Al2O3	PbO2	MgO
预处理前	24.28	41.82	7.81	1.67	0.19
预处理后	68.51	5.42	4.33	5.43	0.50

②不同离子沉淀的pH如图2所示．
（1）步骤I中进行原料预处理的目的为除去ZnO和Al₂O₃；富集稀土元素；降低后续耗酸量等．（答两点）
（2）步骤Ⅱ中有黄绿色气体产生，该反应的化学方程式为PbO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
（3）步骤Ⅲ中发生的主要反应的离子方程式为Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺．
（4）步骤Ⅳ中除杂试剂DDTC除去的杂质离子有Zn²⁺、Pb²⁺，其不能通过直接加碱的方法除去，原因为Zn²⁺、Pb²⁺与Y³⁺沉淀的pH相近，三者因同时沉淀而无法分离．
（5）步骤V中Y³⁺沉淀完全时，需保证滴加草酸后的溶液中c（C₂O₄^2-）不低于2.0×10^-6mol/L．
（已知：当离子浓度小于10^-5mol/L时，沉淀就达完全；K_sp[Y₂（C₂O₄）₃]=8.0×10^-28）
（6）步骤Ⅵ中草酸钇隔绝空气加热可以得到Y₂O₃，该反应的化学方程式为Y₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Y₂O₃+3CO↑+3CO₂↑．

Answer 1

分析 废弃CRT荧光粉的化学组成为Y₂O₃、ZnO、Al₂O₃、PbO₂、MgO等，加盐酸，过滤，滤渣主要含有Y₂O₃，还有少量的PbO₂、ZnO、Al₂O₃、MgO，再加5mol/L的盐酸，PbO₂与HCl发生氧化还原反应，生成氯气和PbCl₂，Y₂O₃转化为Y³⁺，过滤，滤液中含有Pb²⁺和Y³⁺、Al³⁺、Zn²⁺、Mg²⁺，再加氨水，Al³⁺形成Al（OH）₃沉淀，过滤，滤液中含有Pb²⁺和Y³⁺、Zn²⁺、Mg²⁺，加DDTC除去溶液中的Pb²⁺和Zn²⁺，过滤，滤液中加草酸，生成Y₂（C₂O₄）₃沉淀，过滤，滤渣为Y₂（C₂O₄）₃固体，高温灼烧Y₂（C₂O₄）₃生成Y₂O₃；
（1）进行原料预处理可以除去部分ZnO和Al₂O₃，富集稀土元素等；
（2）PbO₂与HCl发生氧化还原反应，生成氯气和PbCl₂，根据原子守恒和得失电子守恒写出方程式；
（3）步骤Ⅲ是用氨水除去溶液中的Al³⁺；
（4）根据流程分析；由图2可知Zn²⁺、Pb²⁺与Y³⁺沉淀的pH相近；
（5）根据K_sp[Y₂（C₂O₄）₃]=c²（Y³⁺）×c³（C₂O₄^2-）计算；
（6）草酸钇隔绝空气加热可以得到Y₂O₃和CO、CO₂．

解答 解：废弃CRT荧光粉的化学组成为Y₂O₃、ZnO、Al₂O₃、PbO₂、MgO等，加盐酸，过滤，滤渣主要含有Y₂O₃，还有少量的PbO₂、ZnO、Al₂O₃、MgO，再加5mol/L的盐酸，PbO₂与HCl发生氧化还原反应，生成氯气和PbCl₂，Y₂O₃转化为Y³⁺，过滤，滤液中含有Pb²⁺和Y³⁺、Al³⁺、Zn²⁺、Mg²⁺，再加氨水，Al³⁺形成Al（OH）₃沉淀，过滤，滤液中含有Pb²⁺和Y³⁺、Zn²⁺、Mg²⁺，加DDTC除去溶液中的Pb²⁺和Zn²⁺，过滤，滤液中加草酸，生成Y₂（C₂O₄）₃沉淀，过滤，滤渣为Y₂（C₂O₄）₃固体，高温灼烧Y₂（C₂O₄）₃生成Y₂O₃；
（1）由表格数据可知：进行原料预处理可以除去部分ZnO和Al₂O₃，富集稀土元素；在后续操作中能降低耗酸量等，
故答案为：除去ZnO和Al₂O₃；富集稀土元素；降低后续耗酸量等；
（2）PbO₂与HCl发生氧化还原反应，生成氯气和PbCl₂，则反应的方程式为：PbO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：PbO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$PbCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（3）由流程分析可知，步骤Ⅲ是用氨水除去溶液中的Al³⁺，其反应的离子方程式为：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
故答案为：Al³⁺+3NH₃•H₂O=Al（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（4）根据流程分析可知，步骤Ⅳ中除杂试剂DDTC除去的杂质离子有；由图2可知Zn²⁺、Pb²⁺与Y³⁺沉淀的pH相近，三者因同时沉淀而无法分离，所以不能通过直接加碱的方法除去Zn²⁺、Pb²⁺；
故答案为：Zn²⁺、Pb²⁺；Zn²⁺、Pb²⁺与Y³⁺沉淀的pH相近，三者因同时沉淀而无法分离；
（5）已知：当离子浓度小于10^-5mol/L时，沉淀就达完全，K_sp[Y₂（C₂O₄）₃]=c²（Y³⁺）×c³（C₂O₄^2-）=（10^-5）²×c³（C₂O₄^2-）=8.0×10^-28，则c（C₂O₄^2-）=$\root{3}{\frac{8.0×10{\;}^{-28}}{（10{\;}^{-5}）{\;}^{2}}}$=2.0×10^-6mol/L，故答案为：2.0×10^-6；
（6）草酸钇隔绝空气加热可以得到Y₂O₃和CO、CO₂，其反应的方程式为Y₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Y₂O₃+3CO↑+3CO₂↑，
故答案为：Y₂（C₂O₄）₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Y₂O₃+3CO↑+3CO₂↑．

点评 本题考查了物质的分离提纯实验操作，题目涉及到氧化还原、出除杂质、溶度积常数的应用等，题目难度中等，注意根据题意写出有关反应的方程式，做题时注意根据物质的性质正确判断反应物和生成物，用守恒的方法去书写．