Question

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：
①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．
②CeO₂不溶于稀硫酸
③硫酸铁铵[aFe₂（SO₄）₃?b（NH₄）₂SO₄?cH₂O]广泛用于水的净化处理．
（1）在氧化环节，下列物质中最适合用作氧化剂B的是

 

（填序号）．
a．NaClO  b．H₂O₂c．KMnO₄
（2）操作Ⅰ的名称是

 

，检验硫酸铁铵溶液中含有NH₄⁺的方法是

 

．
（3）写出反应②的化学方程式

 

．
（4）用滴定法测定制得的Ce（OH）₄产品纯度．
称取Ce（OH）₄样品→加硫酸溶解→用0.1000mol/LFeSO₄溶液滴定
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

 

．（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．通过计算，该硫酸铁铵的化学式为

 

（写出必要的计算步骤，否则不得分）．

Answer 1

考点：金属的回收与环境、资源保护,铁的氧化物和氢氧化物,探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验题,几种重要的金属及其化合物

分析：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是硫酸亚铁溶液，加入氧化剂C可生成硫酸铁，所加氧化剂应避免引入新杂质，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）在氧化环节，所加氧化剂应避免生成杂质；
（2）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；检验硫酸铁铵溶液中含有NH₄⁺，方法为取样于试管中加入NaOH溶液，加热，在试管口置一湿润的红色石蕊试纸；
（3）Ce（OH）₃被氧气氧化为Ce（OH）₄，根据质量守恒可知，反应物中有水参与；
（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，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是硫酸亚铁溶液，加入氧化剂C可生成硫酸铁，所加氧化剂应避免引入新杂质，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）在氧化环节，所加氧化剂应避免生成杂质，只能选用过氧化氢，
故答案为：b；
（2）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，检验硫酸铁铵溶液中含有NH₄⁺，方法为取样于试管中加入NaOH溶液，加热，在试管口置一湿润的红色石蕊试纸，
故答案为：冷却结晶；取样于试管中加入NaOH溶液，加热，用湿润的红色石蕊试纸检验气体，若试纸变蓝，即可证明；
（3）Ce（OH）₃被氧气氧化为Ce（OH）₄，根据质量守恒可知，反应物中有水参与，化学方程式为：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄，
故答案为：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄；
（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：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）=

1.6g

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）=

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，为高频考点，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，注意把握实验的原理和操作方法，题目难度较大．