Question

【题目】水晶石是生产玻璃的原料，工业上回收水晶石废料（主要含SiO2，还含有CeO2、CaO、MgO、Na2O等）中的SiO2并富集稀土元素Ce（铈）元素的一种流程如下：

已知CeO2不溶于水，微溶于稀酸。

⑴玻璃工业上用SiO2、Na2CO3和CaCO3在高温下反应制普通玻璃（Na2O·CaO·6SiO2）的化学方程式为_______。

⑵“还原”时发生反应的离子方程式为______。

⑶“还原”时稀硫酸应适当过量，目的除保证反应充分进行及加快反应速率外，还有______。还原时控制其他条件一定，只改变反应的温度，所得SiO2产品的纯度如右图所示。超过70℃所得SiO2产品纯度下降的原因是_______。

⑷洗涤SiO2的方法是_______。

⑸向Ce2(SO4)3溶液中加入H2C2O4会析出Ce2(C2O4)3·10H2O晶体，将0.5440g Ce2(C2O4)3在N2气流中加热，所得残余固体的质量随温度的变化如图所示。已知加热时生成三种氧化物，写出Ce2(C2O4)3固体加热到300℃时反应的方程式：_______。

Answer 1

【答案】Na2CO3＋CaCO3＋6SiO2 Na2O·CaO·6SiO2＋2CO2↑ 2CeO2＋H2O2＋6H＋＝2Ce3＋＋O2↑＋4H2O 抑制Ce3＋的水解 H2O2大量分解导致CeO2不能完全被还原而混入SiO2中 向漏斗内加蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流出后，重复操作2～3次 Ce2(C2O4)3 2CeO2＋4CO↑＋2CO2↑

【解析】

根据题干废料主要有SiO2、还含有CeO2、CaO、MgO、Na2O等， CaO、MgO、Na2O 溶于盐酸，CeO2不溶于水，微溶于稀酸，则过滤Ⅰ后，滤渣中有CeO2 、SiO2，流程如下：

（1）工业制玻璃原理：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋CO2↑，根据玻璃的成分，将两方程式加和：Na2CO3＋CaCO3＋6SiO2Na2O·CaO·6SiO2＋2CO2↑ 。

（2）由流程知在硫酸环境中H2O2还原CeO2为Ce3＋，则H2O2被氧化生成O2，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，反应的离子方程式为2CeO2＋H2O2＋6H＋＝2Ce3＋＋O2↑＋4H2O。

（3）该盐Ce3＋水解溶液呈酸性，硫酸适当过量抑制Ce3＋的水解。

H2O2受热不稳定分解，导致H2O2减少，H2O2量不足导致CeO2不能完全被还原而混入SiO2中 ，使 SiO2产品纯度下降。

（4）SiO2不溶于水，向漏斗内加蒸馏水，待水自然流出将表面附着的杂质离子带走，重复操作2～3次。

（5） Ce2(C2O4)3中：n(Ce)= ×2=0.002mol，

n(O)= =0.004mol，n(Ce)：n(O)=1:2，故铈的氧化物CeO2

反应的方程式为：Ce2(C2O4)32CeO2＋4CO↑＋2CO2↑。