题目内容

6.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)如表一所示;
②不同离子沉淀的pH如图2所示.
成分
含量/%
阶段
Y2O3ZnOAl2O3PbO2MgO
预处理前24.2841.827.811.670.19
预处理后68.515.424.335.430.50
(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.
(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(C2O42-)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[Y2(C2O43]=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(C2O43$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Y2O3+3CO↑+3CO2↑.

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(C2O43沉淀,过滤,滤渣为Y2(C2O43固体,高温灼烧Y2(C2O43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Ksp[Y2(C2O43]=c2(Y3+)×c3(C2O42-)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(C2O43沉淀,过滤,滤渣为Y2(C2O43固体,高温灼烧Y2(C2O43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;
(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,Ksp[Y2(C2O43]=c2(Y3+)×c3(C2O42-)=(10-52×c3(C2O42-)=8.0×10-28,则c(C2O42-)=$\root{3}{\frac{8.0×1{0}^{-28}}{(1{0}^{-5})^{2}}}$=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(C2O43$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Y2O3+3CO↑+3CO2↑,故答案为:Y2(C2O43$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$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.

练习册系列答案
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