Question

【题目】铈是地壳中含量最高的稀土元素，二氧化铈(CeO2)是其重要的化合物。平板液晶显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末，其中含CeO2、SiO2、Fe2O3等物质，某实验小组以此粉末为原料回收铈，设计流程如图所示：

（1）步骤Ⅰ加入过量盐酸后，溶液a中的阳有离子___________________。

（2）步骤Ⅱ中反应的氧化剂和还原剂的物质的量之为___________。

（3）为了使步骤Ⅲ所得悬浊液中的Ce3+浓度为1×10-6mol·L-1，则加入NaOH调节溶液的pH应为____________[已知：Ce(OH)3的Ksp=8.0×10-21，lg2=0.3]。

（4）将NH4Cl固体与CeCl3·6H2O混合真空加热可得无水CeCl3，其中加入NH4Cl的作用是__________。

（5）第Ⅴ步反应的化学方程式是____________________；用反应得到的悬浊液制备纯净的Ce(OH)4需进行的实验操作为______________。

（6）对CeCl3样品纯度进行测定的方法：准确称取样品wg配成100mL溶液，取25.00mL置于锥形瓶中，加入稍过量的过二硫酸铵[(NH4)2S2O8]溶液将Ce3+氧化为Ce4+，然后用萃取剂[用(HT2)表示]萃取Ce4+，再用cmol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2标准溶液滴定至终点(其离子反应方程式为Ce4++Fe2+=Ce3++Fe3+)，重复2～3次，平均消耗VmL标准溶液。

①“萃取”时存在反应：Ce4++n(HT)2Ce(H2n-4)+4H+，若要提高滴定的准确率，应使溶液呈______性(填“酸”“中”或“碱”)。

②经计算，CeCl3样品的纯度为________________。 [M(CeCl3)=246.5g·mol-1]

Answer 1

【答案】 Fe3+、H+ 2：1 9.3 NH4Cl固体受热分解生成的HCl可抑制CeCl3水解 4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4 过滤、洗涤、干燥 酸 或（其他合理答案均可给分）

【解析】平板液晶显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末，其中含CeO2、SiO2、Fe2O3等物质，加入HCl过滤得到固体a和溶液a，溶液a中主要是氯化铁溶液和盐酸溶液，固体a中为二氧化硅和二氧化铈，固体中加入稀硫酸和过氧化氢反应后过滤得到固体b为二氧化硅，溶液b为硫酸铈溶液，加入氢氧化钠溶液调节溶液PH生成氢氧化铈沉淀，悬浊液中通氧气过滤、洗涤、干燥得到Ce(OH)4，悬浊液中加入盐酸得到CeCl3溶液，蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到结晶水合物，将NH4Cl固体与CeCl3·6H2O混合真空加热可得无水CeCl3，利用氯化铵分解生成的氯化氢抑制Ce3＋离子的水解，得到无水CeCl3。

（1）废玻璃粉末，其中含CeO2、SiO2、Fe2O3等物质，步骤Ⅰ加入过量盐酸后，溶液a中的阳离子有Fe3＋、H＋，CeO2、SiO2不溶于盐酸，加入稀硫酸和过氧化氢反应后过滤得到固体b的成分是 SiO2，（2）步骤Ⅱ中反应二氧化铈在稀硫酸溶液中被过氧化氢还原生成三价铈离子，过氧化氢被氧化生成氧气，反应的离子方程式为：2CeO2+H2O2+6H＋═2Ce3＋+O2↑+4H2O，氧化剂CeO2和还原剂的H2O2物质的量之比为2：1；（3）当溶液中离子浓度小于1×10-6mol·L-1时视为沉淀充全，结合溶度积常数计算氢氧根离子浓度c（OH－）= =2×10-5mol·L－1，c（H＋）=10-14/2×10-5=5×10-10mol·L－1，得到溶液PH=-lg5×10-10=9.3；（4）将NH4Cl固体与CeCl3·6H2O混合真空加热可得无水CeCl3，其中加入NH4Cl的作用是NH4Cl固体受热分解生成的HCl可抑制CeCl3水解；（5）第V步反应是氢氧化铈被氧气氧化生成Ce(OH)4，4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4；用反应得到的悬浊液制备纯净的Ce(OH)4需进行的实验操作为过滤、洗涤、干燥；（6）①“萃取”时存在反应：Ce4++n(HT)2Ce(H2n-4)+4H+，若要提高滴定的准确率，需要平衡逆向进行，因此溶液呈酸性；②电子守恒可知Ce3＋物质的量等于亚铁离子的物质的量，则CeCl3样品的纯度=即为 或（其他合理答案均可给分）。