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等物质）．某课题以此粉末为原料，资源回收的工艺流程如下：

（1）铈（Ce）是稀土元素之一，萃取是分离稀土元素的常用方法，已知化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，TBP应满足的条件TBP不溶于水且铈离子在TBP溶解度更大．
（2）写出第①步反应的离子方程式Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，第①步不能用浓盐酸的理由CeO₂与盐酸反应，放出氯气
（3）第①步洗涤滤渣A，检验滤渣A是否洗净的方法是取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液，若不出现红色，则已洗净，反之，未洗净或取最后洗涤液少量，滴加AgNO₃，如无白色沉淀，则洗干净，写出第②步反应的化学方程式2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O
（4）工业上利用上述回收的资源以及焦炭、氯气、氢气制取纯硅，写出制取纯硅的相关化学方程式2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO↑+Si（粗硅），Si（粗硅）+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄；SiCl₄+2H_{2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$} Si（纯硅）+4HCl
（5）取上述流程中得到的Ce（OH）₄产品0.5g，加硫酸溶解后，用0.1000mol/LFeSO₄ 标准溶液滴定到终点时（ 还原产物为Ce³⁺ ），消耗20mL 标准溶液，该产品中Ce（OH）₄ 的质量分数为83.2%（保留小数点后一位）．

Answer 1

分析 CeO₂、SiO₂、Fe₂O₃等中加入稀硫酸，Fe₂O₃转化FeCl₃存在于滤液中，滤渣为CeO₂和SiO₂；②加入稀硫酸和H₂O₂，CeO₂转化为Ce³⁺，滤渣为SiO₂；③加入碱后Ce³⁺转化为沉淀，④通入氧气讲Ce从+3氧化为+4，得到产品，
（1）萃取剂与水不互溶，结合萃取原理分析；
（2）步骤①反应为氧化铁溶于硫酸反应生成硫酸铁和水，CeO₂具有氧化性能氧化氯离子为氯气；
（3）根据滤渣A上含有FeCl₃；取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液，若不出现红色，则已洗净，反之，未洗净，根据氧化还原反应中电子得失守恒来分析；
（4）工业上利用上述回收的资源以及焦炭、氯气、氢气制取纯硅，碳和二氧化硅反应生成粗硅和一氧化碳，粗硅和氯气反应生成四氯化硅，四氯化硅和氢气反应生成氯化氢和晶体硅；
（5）根据电子守恒建立关系式：Ce（OH）₄～FeSO₄，然后进行计算求出Ce（OH）₄的质量，最后求出质量分数．

解答 解：（1）化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，TBP应满足的条件是：TBP不溶于水且铈离子在TBP溶解度更大，
故答案为：TBP不溶于水且铈离子在TBP溶解度更大；
（2）步骤①反应为氧化铁溶于硫酸反应生成硫酸铁和水，步骤①反应的离子方程式：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，第①步不能用浓盐酸的理由是CeO₂与盐酸反应，CeO₂具有氧化性能氧化氯离子为氯气，
故答案为：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；CeO₂与盐酸反应，放出氯气；
（3）滤渣A上含有FeCl₃，洗涤滤渣A的目的是为了除去Fe³⁺、Cl^-；取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液，若不出现红色，则已洗净，反之，未洗净，稀硫酸、H₂O₂，CeO₂三者反应生成转化为Ce₂（SO₄）₃、O₂和H₂O，反应的化学方程式为：2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O，
故答案为：取最后一次洗涤液，加入KSCN溶液，若不出现红色，则已洗净，反之，未洗净或取最后洗涤液少量，滴加AgNO₃，如无白色沉淀，则洗干净；2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O；
（4）工业上利用上述回收的资源以及焦炭、氯气、氢气制取纯硅，碳和二氧化硅反应生成粗硅和一氧化碳，粗硅和氯气反应生成四氯化硅，四氯化硅和氢气反应生成氯化氢和晶体硅，反应的化学方程式为：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO↑+Si（粗硅），Si（粗硅）+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄；SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si（纯硅）+4HCl，
故答案为：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2CO↑+Si（粗硅），Si（粗硅）+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄；SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si（纯硅）+4HCl；
（5）用0.1000mol/LFeSO₄溶液滴定至终点，铈被还原成Ce³⁺，则Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，则
    Ce（OH）₄～FeSO₄
0.002mol    0.1000mol/L^-1×0.020L
所以m（Ce（OH）₄）=0.002mol×208g/mol=0.416g，
产品中Ce（OH）₄的质量分数为$\frac{0.416}{0.500}$×100%=83.2%，
故答案为：83.2%；

点评 本题以工艺流程为基础，考查化学实验基本操作、元素及化合物知识、化学计算、氧化还原反应等相关知识，题目难度中等，明确实验流程及反应原理为解答关键，试题有利于培养学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．