Question

15．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，设计如图工艺流程对资源进行回收，得到Ce（OH）₄和硫酸铁铵：

己知：
I．酸性条件下，铈在水溶液中有Ce³⁺、Ce⁴⁺两种主要存在形式；
II．CeO₂不溶于稀硫酸；利用有机溶剂可分离稀土元素如Ce等化合物．
请按要求回答下列问题：
（1）Ce的原子序数为58，它位于元素周期表中第六周期．
（2）步骤①、⑥反应的化学方程式分别为2NaOH+SiO₂=Na₂SiO₃+H₂O、4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄．
（3）检验滤渣B洗涤干净的方法是取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若不出现红色，则已经洗净．
（4）步骤③的离子方程式为2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O．
（5）操作X名称为萃取分液．
（6）在滤液B中加过量铁粉于50°C水浴中加热充分反应后趁热过滤，滤液移至试管中，用橡胶塞塞紧试管口，静置、冷却一段时间后收集得产品绿矾．步骤②中的硫酸溶液过稀会导致反应速率慢、不利于晶体析出；静置冷却一段时间后，在试管中观察到的现象是有浅绿色晶体析出．
（7）取2.08g产品Ce（OH）₄加过量稀硫酸溶解后，用0.1000mol/L FeSO₄溶液滴定至终点共消耗90.00mL，则产品中Ce（OH）₄的质量分数为90%．

Answer 1

分析 第①步反应废玻璃粉末加氢氧化钠溶液后过滤，得到滤渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂、FeO；滤渣A（Fe₂O₃、CeO₂、FeO）加稀硫酸后过滤得滤液B是硫酸铁溶液和硫酸亚铁，滤渣B的成分是CeO₂；第③步反应CeO₂与H₂O₂和稀H₂SO₄反应生成Ce³⁺和O₂；第④步用有机溶剂萃取Ce³⁺；第⑤步用有机溶剂萃取Ce³⁺，得到含有Ce³⁺的浓溶液；第⑥步加碱生成Ce（OH）₃悬浊液，Ce（OH）₃悬浊液被氧化生成Ce（OH）₄．
（1）Ce的原子序数为58，属于镧系元素；
（2）步骤①氢氧化钠与二氧化硅反应生成硅酸钠和水；⑥反应为Ce（OH）₃被O₂氧化生成Ce（OH）₄；
（3）滤液中含有铁离子，检验滤渣B是否洗涤干净，即检验洗液中是否含有铁离子即可；
（4）步骤③中反应为CeO₂与H₂O₂ 反应生成Ce³⁺、O₂和H₂O；
（5）操作X是用难溶性的有机溶剂提取水中的溶质；
（6）浓度越小，反应速率越慢、增大硫酸根离子的浓度有利于硫酸亚铁的析出；温度降低硫酸亚铁的溶解度减小有晶体析出；
（7）FeSO₄的物质的量为0.1000mol/L×90.00mL×10^-3=9.0×10^-3mol，根据电子得失守恒有关系式FeSO₄～Ce（OH）₄，求出Ce（OH）₄的质量，再计算质量分数．

解答 解：（1）Ce的原子序数为58，属于镧系元素，在周期表中位于第六周期第IIIB族；
故答案为：六；
（2）步骤①氢氧化钠与二氧化硅反应生成硅酸钠和水，反应的化学方程式为：2NaOH+SiO₂=Na₂SiO₃+H₂O；⑥反应为Ce（OH）₃被O₂氧化生成Ce（OH）₄，反应的化学方程式为：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄；
故答案为：2NaOH+SiO₂=Na₂SiO₃+H₂O；4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄；
（3）滤液中含有铁离子，洗涤滤渣B时洗液中会含有铁离子，检验滤渣B是否洗涤干净，即检验洗液中是否含有铁离子即可，其操作为：取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若不出现红色，则已经洗净；
故答案为：取少量最后一次洗涤液于试管中，滴加几滴KSCN溶液，若不出现红色，则已经洗净；
（4）步骤③中反应为CeO₂与H₂O₂ 反应生成Ce³⁺、O₂和H₂O，反应的离子方程式为：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
故答案为：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（5）操作X是用难溶性的有机溶剂提取水中的溶质，即萃取分液；
故答案为：萃取分液；
（6）步骤 ②中的硫酸溶液过稀会导致反应速率慢、不利于晶体析出，静置冷却一段时间后，温度降低硫酸亚铁的溶解度减小，所以在试管中观察到的现象是有浅绿色晶体析出；
故答案为：反应速率慢、不利于晶体析出；有浅绿色晶体析出；
（7）FeSO₄的物质的量为0.1000mol/L×90.00mL×10^-3=9.0×10^-3mol，根据电子得失守恒有关系式FeSO₄～Ce（OH）₄，所以取2.08g产品中Ce（OH）₄的质量为9.0×10^-3mol×208g/mol=1.872g，所以产品中Ce（OH）₄的质量分数为$\frac{1.872g}{2.08g}$×100%=90%，
故答案为：90%．

点评 本题以工艺流程为基础，考查化学实验基本操作、元素及化合物知识、化学计算、氧化还原反应等相关知识，题目难度中等，明确实验流程及反应原理为解答关键，试题有利于培养学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．