Question

3．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等物质）．以此粉末为原料回收Ce（OH）₄和绿矾的工艺流程如图所示：

已知：
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℃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；溶液趁热过滤的原因是减少FeSO₄的损失；塞紧试管口的目的是防止空气进入试管将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；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 以废玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂等物质）为原料回收Ce（OH）₄和绿矾的工艺流程为：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、CeO₂，二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠，溶于水；滤渣A（Fe₂O₃、CeO₂）加稀硫酸后过滤得滤液B是硫酸铁溶液，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步是用有机溶剂将Ce³⁺萃取出来，通过分液操作可得有机层含有Ce³⁺，第⑤步用某试剂进行反应萃取，得浓的Ce³⁺溶液，第⑥步浓的Ce³⁺溶液中加碱，再用氧气氧化得Ce（OH）₄，据此答题；

解答 解：以废玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂等物质）为原料回收Ce（OH）₄和绿矾的工艺流程为：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、CeO₂，二氧化硅与氢氧化钠反应生成硅酸钠，溶于水；滤渣A（Fe₂O₃、CeO₂）加稀硫酸后过滤得滤液B是硫酸铁溶液，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步是用有机溶剂将Ce³⁺萃取出来，通过分液操作可得有机层含有Ce³⁺，第⑤步用某试剂进行反应萃取，得浓的Ce³⁺溶液，第⑥步浓的Ce³⁺溶液中加碱，再用氧气氧化得Ce（OH）₄，
（1）Ce的原子序数为58，根据元素周期表可知，它位于元素周期表中第六周期，
故答案为：六；  
（2）根据上面的分析可知，步骤 ①反应的化学方程式为2NaOH+SiO₂=Na₂SiO₃+H₂O，步骤 ⑥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）滤渣B的表面有可能的杂质为铁离子，所以检验滤渣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，则已洗净；
（4）根据上面的分析可知，步骤 ③的离子方程式为2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O，
故答案为：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（5）根据上面的分析可知，操作X名称为萃取分液，
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，在滤液B中加过量铁粉于50℃水浴中加热充分反应后趁热过滤，可以减少FeSO₄的损失，亚铁离子易被空气中的氧气氧化，所以实验时要塞紧试管口，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，
故答案为：反应速率慢、不利于晶体析出；减少FeSO₄的损失；防止空气进入试管将Fe²⁺氧化为Fe³⁺；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．