Question

2．资源的开发利用和保护环境关系到人类可持续发展，需要全社会的共同努力．信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁．
 某课题小组根据废旧显示屏玻璃中含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物质，他们设计如下流程，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]．

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加NaOH溶液，玻璃粉末中的SiO₂（写化学式）转化为可溶性物质．
（2）反应②中H₂O₂的作用是氧化Fe²⁺使之转化为Fe³⁺．
（3）反应③的离子方程式是2CeO₂+6H⁺+H₂O₂=2 Ce³⁺+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Ce³⁺水溶液方向移动．在实验室中进行萃取分液操作必需的仪器有铁架台（含铁圈）、分液漏斗和烧杯，振荡，静置，当液体分层后，接下来的操作是打开分液漏斗上口塞子（或将分液漏斗上口塞子凹槽对准漏斗口颈上小孔）；先打开活塞放出下层液体，后将上层液体从分液漏斗上口倒入另一烧杯中．
（5）相同物质的量浓度的以下四种溶液中，NH₄⁺的浓度由大到小的顺序是A＞C＞B＞D（填字母）．
A．Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O     B．（NH₄）₂CO₃     C．（NH₄）₂SO₄      D．NH₄HSO₄．

Answer 1

分析 将玻璃粉末溶于NaOH溶液，SiO₂和NaOH反应生成可溶性的Na₂SiO₃，Fe₂O₃、CeO₂、FeO和NaOH不反应，然后采用过滤方法分离，则滤液A中含有NaOH、Na₂SiO₃，滤渣A中含有Fe₂O₃、CeO₂、FeO；
向滤渣中加入稀硫酸，CeO₂不溶于稀硫酸，也不溶于NaOH溶液，所以Fe₂O₃、FeO溶于稀硫酸，采用过滤方法得到滤渣B为CeO₂，滤液B中含有Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄，向滤液中加入双氧水，双氧水将亚铁离子氧化为铁离子，得到溶液C为Fe₂（SO₄）₃，向溶液C中加入硫酸铵并加热得到Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄，然后采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤方法得到硫酸铁铵钒；
向滤渣CeO₂中加入稀硫酸、双氧水，Ce⁴⁺有较强氧化性，发生反2CeO₂+6H⁺+H₂O₂=2 Ce³⁺+4H₂O+O₂↑，得到Ce³⁺溶液，然后采用萃取方法将Fe³⁺从水溶液中萃取出来，再利用反萃取法得到Ce³⁺浓溶液，然后加入碱并通入氧气得到Ce（OH）₄；
（1）二氧化硅属于酸性氧化物，能溶于强碱溶液；
（2）反应②中H₂O₂具有强氧化性，能氧化还原性离子；
（3）反应③的离子方程式是2CeO₂+6H⁺+H₂O₂=2 Ce³⁺+4H₂O+O₂↑；
（4）增大硫酸浓度，平衡逆向移动；根据分液操作方法解答；
（5）相同物质的量浓度的以下四种溶液中，铵根离子水解程度越大，则NH₄⁺的浓度越小．

解答 解：将玻璃粉末溶于NaOH溶液，SiO₂和NaOH反应生成可溶性的Na₂SiO₃，Fe₂O₃、CeO₂、FeO和NaOH不反应，然后采用过滤方法分离，则滤液A中含有NaOH、Na₂SiO₃，滤渣A中含有Fe₂O₃、CeO₂、FeO；
向滤渣中加入稀硫酸，CeO₂不溶于稀硫酸，也不溶于NaOH溶液，所以Fe₂O₃、FeO溶于稀硫酸，采用过滤方法得到滤渣B为CeO₂，滤液B中含有Fe₂（SO₄）₃、FeSO₄，向滤液中加入双氧水，双氧水将亚铁离子氧化为铁离子，得到溶液C为Fe₂（SO₄）₃，向溶液C中加入硫酸铵并加热得到Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄，然后采用蒸发浓缩、冷却结晶、过滤方法得到硫酸铁铵钒；
向滤渣CeO₂中加入稀硫酸、双氧水，Ce⁴⁺有较强氧化性，发生反2CeO₂+6H⁺+H₂O₂=2 Ce³⁺+4H₂O+O₂↑，得到Ce³⁺溶液，然后采用萃取方法将Fe³⁺从水溶液中萃取出来，再利用反萃取法得到Ce³⁺浓溶液，然后加入碱并通入氧气得到Ce（OH）₄；
（1）SiO₂属于酸性氧化物，能溶于强碱溶液，所以反应①加NaOH溶液，玻璃粉末中的SiO₂ 转化为可溶性物质，故答案为：SiO₂；
（2）反应②中H₂O₂具有强氧化性，二价铁离子具有还原性，所以双氧水能氧化还原性Fe²⁺使之转化为Fe³⁺，
故答案为：氧化Fe²⁺使之转化为Fe³⁺；
（3）Ce⁴⁺有较强氧化性，酸性条件下，CeO₂能被双氧水还原生成Ce³⁺，反应③的离子方程式是2CeO₂+6H⁺+H₂O₂=2 Ce³⁺+4H₂O+O₂↑，
故答案为：2CeO₂+6H⁺+H₂O₂=2 Ce³⁺+4H₂O+O₂↑；
（4）混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ce³⁺水溶液方向移动；分液还需要的仪器是分液漏斗和烧杯，其操作方法是打开分液漏斗上口塞子（或将分液漏斗上口塞子凹槽对准漏斗口颈上小孔），先打开活塞放出下层液体，后将上层液体从分液漏斗上口倒入另一烧杯中，
故答案为：混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ce³⁺水溶液方向移动；分液漏斗和烧杯；打开分液漏斗上口塞子（或将分液漏斗上口塞子凹槽对准漏斗口颈上小孔），先打开活塞放出下层液体，后将上层液体从分液漏斗上口倒入另一烧杯中；
（5）相同物质的量浓度的以下四种溶液中，铵根离子水解程度越大，则NH₄⁺的浓度越小．
Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O中亚铁离子抑制铵根离子水解；
（NH₄）₂CO₃ 中碳酸根离子促进铵根离子水解；
（NH₄）₂SO₄中铵根离子水解但程度大于A；
NH₄HSO₄中氢离子抑制铵根离子水解且程度大于A；
铵根离子能水解但程度较小，所以铵根离子浓度大小顺序是A＞C＞B＞D，
故答案为：A＞C＞B＞D．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考查，涉及基本实验操作、盐类水解、氧化还原反应等知识点，明确流程图中物质的性质、基本操作方法是解本题关键，注意结合题给信息解答问题，题目难度中等，难点是（5）题铵根离子浓度大小比较．