Question

2．废旧显示屏玻璃中含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物质．某课题小组以此玻璃粉末为原料，制得Ce（OH）₄和硫酸铁铵矾[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O]，流程设计如下：

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，Ce⁴⁺有较强氧化性；
Ⅱ．CeO₂不溶于稀硫酸，也不溶于NaOH溶液．
回答以下问题：
（1）反应①的离子方程式是SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
（2）反应②中H₂O₂的作用是氧化使Fe²⁺转化为Fe³⁺．
（3）反应③的离子方程式是2GeO₂+6H⁺+H₂O₂=2Ge³⁺+4H₂O+O₂↑．
（4）已知有机物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）
从平衡角度解释：向CeT₃ （有机层）加入H₂SO₄获得较纯的含Ce³⁺的水溶液的原因是混合液中加入H₂SO₄使c（H+）增大，平衡向形成Ge³⁺水溶液方向移动．
（5）硫酸铁铵矾[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O]广泛用于水的净化处理，其净水原理用离子方程式解释是Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃+3H⁺．
（6）相同物质的量浓度的以下三种溶液中，NH₄⁺的浓度由大到小的顺序是a＞b＞c．
a．Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O       b．（NH₄）₂SO₄       c．（NH₄）₂CO₃．

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）加稀硫酸后过滤得滤液B是硫酸亚铁溶液，加入硫酸和氧化剂过氧化氢可生成溶液C中为硫酸铁，所加氧化剂过氧化氢不引入新杂质，加热蒸发得到溶液D为饱和硫酸铁溶液，在溶液中加入硫酸铵溶液得到硫酸铁铵矾；滤渣B的成分是CeO₂；CeO₂与H₂O₂和稀H₂SO₄反应生成Ce³⁺和O₂，加入HT硫酸萃取，将Ce³⁺从水溶液中萃取出来，Ce³⁺加碱和氧气发生氧化还原反应生成Ce（OH）₄；
（1）反应①是二氧化硅溶于氢氧化钠溶液中生成硅酸钠和水；
（2）反应②中H₂O₂的作用是沿河亚铁离子为铁离子；
（3）反应③是酸性溶液中CeO₂被过氧化氢还原生成Ce³⁺离子，过氧化氢被氧化生成氧气；
（4）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；
（5）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；
（6）相同物质的量浓度的以下三种溶液中，a．Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O  溶液中铁离子水解显酸性抑制铵根离子水解，铵根离子浓度增大；     
b．（NH₄）₂SO₄ 溶液中硫酸根离子对铵根离子水解无影响；
c．（NH₄）₂CO₃，溶液中碳酸根离子水解显碱性促进铵根离子水解，铵根离子浓度减小．

解答 解：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）加稀硫酸后过滤得滤液B是硫酸亚铁溶液，加入硫酸和氧化剂过氧化氢可生成溶液C中为硫酸铁，所加氧化剂过氧化氢不引入新杂质，加热蒸发得到溶液D为饱和硫酸铁溶液，在溶液中加入硫酸铵溶液得到硫酸铁铵矾；滤渣B的成分是CeO₂；CeO₂与H₂O₂和稀H₂SO₄反应生成Ce³⁺和O₂，加入HT硫酸萃取，将Ce³⁺从水溶液中萃取出来，Ce³⁺加碱和氧气发生氧化还原反应生成Ce（OH）₄；
（1）反应①是二氧化硅溶于氢氧化钠溶液中生成硅酸钠和水，反应的离子方程式是SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，故答案为：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（2）反应②中H₂O₂的作用是氧化使亚铁离子为铁离子，故答案为：氧化使Fe²⁺转化为Fe³⁺；
（3）反应③是酸性溶液中CeO₂被过氧化氢还原生成Ce³⁺离子，过氧化氢被氧化生成氧气，反应的离子方程式2GeO₂+6H⁺+H₂O₂=2Ge³⁺+4H₂O+O₂↑，
故答案为：2GeO₂+6H⁺+H₂O₂=2Ge³⁺+4H₂O+O₂↑；
（4）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；
故答案为：混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ge³⁺水溶液方向移动；
（5）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，反应的离子方程式为：Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃+3H⁺，故答案为：Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃+3H⁺；
（6）相同物质的量浓度的以下三种溶液中，a．Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O  溶液中铁离子水解显酸性抑制铵根离子水解，铵根离子浓度增大；     
b．（NH₄）₂SO₄ 溶液中硫酸根离子对铵根离子水解无影响；
c．（NH₄）₂CO₃，溶液中碳酸根离子水解显碱性促进铵根离子水解，铵根离子浓度减小，NH₄⁺的浓度由大到小的顺序是a＞b＞c，
故答案为：a＞b＞c．

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，注意把握实验的原理和操作方法，题目难度中等．