Question

铈是重要的稀土金属，可以从电视显示屏厂的废玻璃中提取，其工艺流程如下：请回答下列问题：

（1）溶液X中金属阳离子是

 

（用离子符号表示）．固体Y的用途是

 

（写一条）．
（2）用离子方程式表示步骤Ⅱ中双氧水的作用：

 

．
（3）常温下，已知的溶度积=a，步骤Ⅳ调节溶液pH=8，c（Ce³⁺）=b mol?L^-1．则a和b的关系是

 

．
（4）步骤Ⅲ中萃取剂Z具备的条件是

 

．
①Z不溶于水，也不和水反应
②Ce³⁺不和萃取剂Z发生反应
③Ce³⁺在萃取剂Z中溶解度于水
④萃取剂Z的密度一定大于水
（5）写出步骤V的化学方程式：

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：根据废玻璃粉末的成分（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂等物质），SiO₂、CeO₂不能与盐酸反应，Fe₂O₃和盐酸反应得到溶液X即氯化铁溶液，得到的固体X是SiO₂、CeO₂等物质，CeO₂与H₂O₂和稀H₂SO₄反应生成Ce³⁺，Ce元素由+4价变为+3价，被还原，则H₂O₂应被氧化生成O₂，然后配平得出第③步反应的化学方程式 2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄═2Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O；固体Y是二氧化硅，向含有Ce₂（SO₄）₃的溶液中加入萃取剂，可以使Ce³⁺溶解在萃取剂中，向其中加入碱液，可以得到Ce（OH）₃，然后被氧气氧化，可以得到Ce（OH）₄，进行热分解可以得到CeO₂，进一步获取金属单质Ce，
（1）SiO₂、CeO₂不能与氢盐酸反应，Fe₂O₃和盐酸反应得到溶液X即氯化铁溶液，根据二氧化硅的应用来回答；
（2）双氧水具有氧化性，CeO₂与H₂O₂和稀H₂SO₄反应生成Ce³⁺，据此回答；
（3）根据Ce（OH）₃的Ksp=c（Ce³⁺）?c³（OH^-）来计算；
（4）根据萃取剂的选择要求来回答；
（5）Ce（OH）₃可以被氧气氧化，可以得到Ce（OH）₄，据此回答．

解答： 解：根据废玻璃粉末的成分（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂等物质），SiO₂、CeO₂不能与盐酸反应，Fe₂O₃和盐酸反应得到溶液X即氯化铁溶液，得到的固体X是SiO₂、CeO₂等物质，CeO₂与H₂O₂和稀H₂SO₄反应生成Ce³⁺，Ce元素由+4价变为+3价，被还原，则H₂O₂应被氧化生成O₂，然后配平得出第③步反应的化学方程式 2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄═2Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O；固体Y是二氧化硅，向含有Ce₂（SO₄）₃的溶液中加入萃取剂，可以使Ce³⁺溶解在萃取剂中，向其中加入碱液，可以得到Ce（OH）₃，然后被氧气氧化，可以得到Ce（OH）₄，进行热分解可以得到CeO₂，进一步获取金属单质Ce，
（1）SiO₂、CeO₂不能与氢盐酸反应，Fe₂O₃和盐酸反应得到溶液X即氯化铁溶液，溶液X中金属阳离子是Fe³⁺，固体Y是二氧化硅，作光导纤维的原料、冶炼粗硅、耐高温材料等，故答案为：Fe³⁺；作光导纤维的原料、冶炼粗硅、耐高温材料等；
（2）CeO₂与H₂O₂和稀H₂SO₄反应生成Ce³⁺，Ce元素由+4价变为+3价，被还原，则H₂O₂应被氧化生成O₂，然后配平得出反应的化学方程式 2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄═2Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O；离子反应为2CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
故答案为：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺═2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（3）Ce（OH）₃的Ksp=c（Ce³⁺）?c³（OH^-），解得c（OH^-）=

3	Ksp c(Ce3+)

=

3	a b

，pH=8，所以

3	a b

=10^-6，即a=10^-18b，故答案为：a=10^-18b；
（4）向含有Ce₂（SO₄）₃的溶液中加入萃取剂，可以使Ce³⁺溶解在萃取剂中，则需要①Z不溶于水，也不和水反应②Ce³⁺不和萃取剂Z发生反应③Ce³⁺在萃取剂Z中溶解度大于水，故答案为：①②③；
（5）得到Ce（OH）₃，然后被氧气氧化，可以得到Ce（OH）₄，即4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄，故答案为：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄．

点评：本题以工艺流程为基础，考察化学实验基本操作、元素及化合物知识、化学计算、氧化还原反应等相关知识，难度大．