Question

2．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、FeO等物质）．某课题以此粉末为原料，设计如下工艺流程对资源进行回收，得到Ce（OH）₄和硫酸铁铵：

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，Ce³⁺易水解，Ce⁴⁺有较强氧化性．
ⅱ．CeO₂不溶于稀硫酸
ⅲ．硫酸铁铵[aFe₂（SO₄）₃•b（NH₄）₂SO₄•cH₂O]广泛用于水的净化处理．
（1）操作Ⅰ的名称是冷却结晶，检验硫酸铁铵溶液中含有Fe³⁺的方法是：取少量溶液于试管中，加入KSCN溶液，如果出现血红色，说明原溶液中有三价铁．
（2）反应①之前先要洗涤滤渣B，其目的是为了除去Fe³⁺、Fe²⁺（填离子符号）．
（3）写出反应①的化学方程式2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O．
（4）用滴定法测定制得的Ce（OH）₄产品纯度．

滴定时所用定量仪器的读数精确为0.1mL；若所用FeSO₄溶液在空气中露置一段时间后再进进行滴定，则测得该Ce（OH）₄产品的质量分数偏大．（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）
（5）称取14.00g硫酸铁铵样品，将其溶于水配制成100mL溶液，分成两等份，向其中一份加入足量NaOH溶液，过滤洗涤沉淀并烘干灼烧至恒重得到1.60g固体；向另一份溶液中加入0.5mol/L Ba（NO₃）₂溶液100mL，恰好完全反应．则该硫酸铁铵的化学式为Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O．

Answer 1

分析 废玻璃粉末加氢氧化钠溶液后过滤，二氧化硅溶于NaOH溶液，然后过滤得到滤渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂、FeO；滤液中含有硅酸钠、NaOH，滤渣A（Fe₂O₃、CeO₂、FeO）加稀硫酸后过滤得滤液B是硫酸亚铁和硫酸铁溶液，加入氧化剂C可生成硫酸铁，所加物质应避免引入新杂质，则氧化剂是H₂O₂，将得到的液体蒸发然后加入硫酸铵溶液，得到硫酸铁铵，将溶液冷却结晶、过滤、洗涤、晾干得到硫酸铁铵固体；
滤渣B的成分是CeO₂；CeO₂与H₂O₂和稀H₂SO₄反应生成Ce³⁺和O₂；Ce³⁺加碱生成Ce（OH）₃悬浊液；Ce（OH）₃悬浊液被氧化生成Ce（OH）₄；
（1）根据操作流程判断，由溶液生成固体，应首先进行蒸发浓缩，然后冷却结晶；铁离子用KSCN溶液检验，铁离子和KSCN溶液混合得到血红色液体；
（2）固体表面可吸附Fe³⁺、Fe²⁺；
（3）CeO₂与H₂O₂反应生成Ce₂（SO₄）₃和O₂；
（4）滴定时所用定量仪器的最小刻度为0.1ml，FeSO₄溶液在空气中露置一段时间后会被氧化，消耗硫酸亚铁增大；
（5）依据铁元素守恒计算氢氧化铁物质的量，依据硫酸根离子守恒和足量守恒计算分析化学式．

解答 解：废玻璃粉末加氢氧化钠溶液后过滤，二氧化硅溶于NaOH溶液，然后过滤得到滤渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂、FeO；滤液中含有硅酸钠、NaOH，滤渣A（Fe₂O₃、CeO₂、FeO）加稀硫酸后过滤得滤液B是硫酸亚铁和硫酸铁溶液，加入氧化剂C可生成硫酸铁，所加物质应避免引入新杂质，则氧化剂是H₂O₂，将得到的液体蒸发然后加入硫酸铵溶液，得到硫酸铁铵，将溶液冷却结晶、过滤、洗涤、晾干得到硫酸铁铵固体；
滤渣B的成分是CeO₂；CeO₂与H₂O₂和稀H₂SO₄反应生成Ce³⁺和O₂；Ce³⁺加碱生成Ce（OH）₃悬浊液；Ce（OH）₃悬浊液被氧化生成Ce（OH）₄；
（1）根据操作流程判断，由溶液生成固体，应首先进行蒸发浓缩，然后冷却结晶；铁离子用KSCN溶液检验，铁离子和KSCN溶液混合得到血红色液体，其检验方法为取少量溶液于试管中，加入KSCN溶液，如果出现血红色，说明原溶液中有三价铁，
故答案为：冷却结晶；取少量溶液于试管中，加入KSCN溶液，如果出现血红色，说明原溶液中有三价铁；
（2）滤渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂、FeO，与硫酸反应后溶液中存在Fe³⁺、Fe²⁺，固体表面可吸附Fe³⁺、Fe²⁺，所以洗涤的目的是洗去Fe³⁺、Fe²⁺，
故答案为：Fe³⁺、Fe²⁺；
（3）CeO₂与H₂O₂反应生成Ce₂（SO₄）₃和O₂，反应的方程式为2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O，
故答案为：2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O．
（4）滴定时所用定量仪器的最小刻度为0.1mL，估读0.01ml，FeSO₄溶液在空气中露置一段时间后会被氧化，消耗硫酸亚铁增大，测定该Ce（OH）₄产品的质量分数会偏大；
故答案为：0.1mL；偏大；
（5）称取14.00g样品，将其溶于水配置成100mL溶液，分成两等份，向其中一份中加入足量NaOH溶液，过滤洗涤得到沉淀并烘干灼烧至恒重得到1.60g固体为氧化铁，n（Fe₂O₃）=$\frac{1.60g}{160g/mol}$=0.01mol，生成氢氧化铁沉淀物质的量为，n（Fe（OH）₃）=0.02mol，
向另一份溶液中加入0.05mol Ba（NO₃）₂溶液，恰好完全反应，则n（SO₄^2-）=0.05mol，
所以14.00g样品中含有Fe₂（SO₄）₃0.02mol，n（SO₄^2-）为0.1mol，则（NH₄）₂SO₄为0.1mol-0.02mol×3=0.04mol，
则m（H₂O）=14.00g-0.02mol×400g/mol-0.04mol×132g/mol=0.72g，
n（H₂O）=$\frac{0.72g}{18g/mol}$=0.04mol，
n（Fe₂（SO₄）₃）：n（（NH₄）₂SO₄）：n（H₂O）=0.02：0.04：0.04=1：2：2，
所以化学式为Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O，
故答案为：Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O．

点评 本题以工艺流程为基础，考查了化学实验基本操作、元素及化合物知识反应等相关知识，提纯制备，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，注意把握实验的原理和操作方法，难点是（5）题计算，题目难度中等．