Question

20．氢氧化铈用作荧光屏添加剂，可改变荧光玻璃的韧性、强度及其它光学性质．以废旧玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO的物质）为原料，制备Ce（OH）₄的工艺流程如图所示：

已知：
①CeO₂难溶于稀硫酸，也难溶于NaOH溶液；
②酸性条件下，Ce⁴⁺有较强氧化性；
③萃取是分离稀土元素的常用方法．流程图中的“HT”代表一种有机化合物，作用是将铈离子从水溶液中萃取出来，这个过程表示为：Ce³⁺（水层）+3HT（有机层）?CeT₃（有机层）+3H⁺（水层）
回答以下问题：
（1）反应I的离子方程式是SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
（2）操作Ⅰ、Ⅱ都是“过滤，洗涤”．操作Ⅱ中的“洗涤”的目的主要是为了除去Fe³⁺、Fe²⁺（填离子符号），洗涤沉淀的操作方法是过滤器加蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下，重复操作2-3次，直至洗涤干净即可．
（3）反应Ⅲ中H₂O₂的作用是做还原剂，将CeO₂转化为Ce³⁺．
（4）操作Ⅲ的名称是萃取、分液．
（5）流程图中的“反萃取剂”可选择硫酸，加入CeT₃ （有机层）以获得较纯的含Ce³⁺的水溶液．

Answer 1

分析 废旧玻璃粉末用氢氧化钠溶液溶解，二氧化硅能与氢氧化钠溶液，而Fe₂O₃、CeO₂、FeO不反应，过滤分离，滤液A中主要为偏铝酸钠，滤渣A为Fe₂O₃、CeO₂、FeO等，再用硫酸溶解滤渣，Fe₂O₃、FeO反应，而CeO₂不反应，过滤得到滤液B中主要含有硫酸铁、硫酸亚铁，滤渣B为CeO₂，洗涤除去附着的Fe³⁺、Fe²⁺等，滤渣B中加入硫酸、过氧化氢，二酸性条件下，Ce⁴⁺有较强氧化性，得到Ce³⁺的稀溶液，加入HT进行萃取，再进行分液，有机层中加入反萃取剂得到Ce³⁺的浓溶液，根据平衡移动原理，反萃取剂应为酸，加入碱，然后氧化得到Ce（OH）₄．

解答 解：废旧玻璃粉末用氢氧化钠溶液溶解，二氧化硅能与氢氧化钠溶液，而Fe₂O₃、CeO₂、FeO不反应，过滤分离，滤液A中主要为偏铝酸钠，滤渣A为Fe₂O₃、CeO₂、FeO等，再用硫酸溶解滤渣，Fe₂O₃、FeO反应，而CeO₂不反应，过滤得到滤液B中主要含有硫酸铁、硫酸亚铁，滤渣B为CeO₂，洗涤除去附着的Fe³⁺、Fe²⁺等，滤渣B中加入硫酸、过氧化氢，酸性条件下，Ce⁴⁺有较强氧化性，过氧化氢作还原剂，将CeO₂转化为Ce³⁺的稀溶液，加入HT进行萃取，再进行分液，有机层中加入反萃取剂得到Ce³⁺的浓溶液，根据平衡移动原理，反萃取剂应为酸，加入碱，然后氧化得到Ce（OH）₄．
（1）反应I的离子方程式是：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，
故答案为：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（2）操作Ⅱ中的“洗涤”的目的主要是为了除去Fe³⁺、Fe²⁺等，洗涤沉淀的操作方法是：过滤器加蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下，重复操作2-3次，直至洗涤干净即可，
故答案为：Fe³⁺、Fe²⁺；向过滤器加蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流下，重复操作2-3次，直至洗涤干净即可；
（3）反应Ⅲ中H₂O₂的作用是：做还原剂，将CeO₂转化为Ce³⁺，
故答案为：做还原剂，将CeO₂转化为Ce³⁺；
（4）操作Ⅲ是从将铈离子从水溶液中萃取出来，并进行与水层进行分离，进行的操作为：萃取、分液，
故答案为：萃取、分液；
（5）加入CeT₃ （有机层）加入反萃取剂以获得较纯的含Ce³⁺的水溶液，根据平衡移动原理，反萃取剂应为酸，可以为硫酸，
故答案为：硫酸．

点评 本题考查物质准备工艺流程，关键是对工艺流程图的理解，熟练掌握元素化合物知识，侧重考查学生分析能力、信息获取与知识迁移运用能力，理解掌握物质分离提纯常用方法，难度中等．