Question

平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末，其中含有SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂以及其他少量可溶于稀酸的物质．二氧化铈（CeO₂）是一种重要的稀土氧化物，某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如图：

（1）第①步反应的化学方程式是

 

，检验滤渣A是否洗净的方法是

 

．
（2）第②步反应的离子方程式是

 

．
（3）萃取是分离稀土元素的常用方法，化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来．实验室进行萃取操作需要用到分液漏斗，分液漏斗在使用前需要进行的操作是

 

；TBP是一种磷酸三丁酯，产物应该从分液漏斗的

 

（填“上口倒出”或“下口倒出”）．
（4）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?L^-1FeSO₄标准溶液滴定终点时（铈被还原为Ce³⁺），消耗20.00mL标准溶液，该产品中Ce（OH）₄的质量分数为

 

（保留小数点后一位）．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,化学方程式的有关计算

专题：实验设计题

分析：废玻璃粉末中含有SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂，向其中加入稀盐酸，Fe₂O₃反应变成FeCl₃，溶于水，滤渣A的成分为SiO₂、CeO₂（第①步），第②步向滤渣A中加稀硫酸和H2O2，SiO₂不反应，CeO₂反应变成Ce³⁺，加碱以Ce（OH）₃形式沉淀出（第③步），Ce（OH）₃和氧气反，生成Ce（OH）₄，经过滤、洗涤、干燥得到纯净的Ce（OH）₄；
（1）第①步中只有Fe₂O₃和盐酸发生反应，过滤后滤渣的洗涤方法；
（2）第②步反应物有CeO₂和H₂O₂，在酸性条件下反应，分析化合价：Ce由+4价下降到+3价，那么H₂O₂中一定要有化合价升高的元素，O由-1价升高到0价，有O₂生成，该反应在酸性条件下进行，方程式为：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（3）分液漏斗的使用方法；
（4）Ce（OH）₄产品加硫酸溶解后，Ce（OH）₄溶解成Ce⁴⁺，和FeSO₄发生反应：Ce⁴⁺+Fe²⁺=Ce³⁺+Fe3⁺，由原子守恒知n（Ce（OH）₄）=n（Ce⁴⁺）=n（FeSO₄）可以解得Ce（OH）₄产品中Ce（OH）₄的质量，产品中Ce（OH）₄的质量分数=

m(Ce(OH)4)

m(样品)

×100%．

解答： 解：废玻璃粉末中含有SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂，向其中加入稀盐酸，Fe₂O₃反应变成FeCl₃，溶于水，滤渣A的成分为SiO₂、CeO₂（第①步），第②步向滤渣A中加稀硫酸和H2O2，SiO₂不反应，CeO₂反应变成Ce³⁺，加碱以Ce（OH）₃形式沉淀出（第③步），Ce（OH）₃和氧气反，生成Ce（OH）₄，经过滤、洗涤、干燥得到纯净的Ce（OH）₄；
（1）第①步中只有Fe₂O₃和盐酸发生反应，反应方程式为：Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O；Fe₂O₃反应变成FeCl₃，溶于水，滤渣A的成分为SiO₂、CeO₂，检验滤渣A是否洗净，只要检验最后一次洗涤液中是否还含有Fe³⁺即可，若含有Fe³⁺证明没有洗涤干净，方法：取最后一次洗涤液，滴加KSCN溶液，若不出现红色，则已洗净，反之，未洗净；
故答案为：Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O；取最后一次洗涤液，滴加KSCN溶液，若不出现红色，则已洗净，反之，未洗净；
（2）第②步反应物有CeO₂和H₂O₂，在酸性条件下反应，分析化合价：Ce由+4价下降到+3价，那么H₂O₂中一定要有化合价升高的元素，O由-1价升高到0价，有O₂生成，该反应在酸性条件下进行，方程式为：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O，
故答案为：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（3）分液漏斗在使用前需要进行的操作是：检查是否漏液；萃取分液后，下层液体从下口流出，上层液体从上口倒出，化合物TBP作萃取剂将铈离子从水溶液中萃取出来，TBP的密度比水小，故分液后铈离子的TBP溶液在上层，从分液漏斗的上口倒出，
故答案为：检查是否漏液；上口倒出；
（4）Ce（OH）₄产品加硫酸溶解后，Ce（OH）₄溶解成Ce⁴⁺，和FeSO₄发生反应：Ce⁴⁺+Fe²⁺=Ce³⁺+Fe3⁺，由原子守恒知n（Ce（OH）₄）=n（Ce⁴⁺）=n（FeSO₄）=0.1000mol?L^-1×0.02000L=0.002000mol；m（Ce（OH）₄）=n（Ce（OH）₄）×M（Ce（OH）₄）=0.002000mol×209g?mol^-1=0.418g
该产品中Ce（OH）₄的质量分数=

m(Ce(OH)4)

m(样品)

×100%=

0.418g

0.5g

×100%=83.2%，
故答案为：83.2%．

点评：本题考查化学实验基本操作、元素化合物知识、氧化还原反应、化学计算等相关知识，以工艺流程为基础，把各知识点结合在一起，是个好题．