Question

7．以某工業(yè)廢玻璃粉末（主要含Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂）為原料回收氧化鋁和制備氫氧化鈰[Ce（OH）₄]．
已知：CeO₂是一種重要的稀土氧化物，不溶于水與稀硫酸；酸性條件下，Ce⁴⁺有較強氧化性．
實驗流程如下：

I．回收氧化鋁
（1）濾液A中含有的金屬陽離子是Fe³⁺Al³⁺（填離子符號）；濾渣B的主要成分是Fe（OH）₃．
（2）寫出濾液A中含有的某金屬陽離子與過量氫氧化鈉溶液反應(yīng)得到濾液B的離子方程式Al³⁺+4OH^-=[Al（OH）₄]^-．
（3）試劑a是D（填序號）．
A．NaOH溶液      B．氨水      C．稀硫酸      D．二氧化碳
Ⅱ．制備氫氧化鈰
取上述實驗流程中所得濾渣A 10.0g繼續(xù)進(jìn)行實驗

（4）反應(yīng)①的離子方程式為2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O．
（5）萃取是分離稀土元素的常用方法，已知化合物HT作為萃取劑能將Ce⁴⁺從水溶液中萃取出來，HT不能（填“能”或“不能”）與水互溶．實驗室進(jìn)行萃取操作用到的主要玻璃儀器有分液漏斗、燒杯、玻璃棒、量筒等．
（6）取上述流程中得到的全部Ce（OH）₄產(chǎn)品加硫酸溶解后，與0.1000mol•L^-1FeSO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)（發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Ce⁴⁺+Fe²⁺=Fe³⁺+Ce³⁺），消耗25.00mL標(biāo)準(zhǔn)溶液，則濾渣A中Ce元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.50%．

Answer 1

分析 工業(yè)廢玻璃粉末（主要含Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂）為原料回收氧化鋁和制備氫氧化鈰[Ce（OH）₄]，CeO₂是一種重要的稀土氧化物，不溶于水與稀硫酸，加入稀硫酸溶解過濾洗滌得到濾渣A含SiO₂、CeO₂，濾液A中含有硫酸鋁、硫酸鐵，濾液A中加入過量氫氧化鈉溶解過濾得到濾渣為氫氧化鐵，濾液B為偏鋁酸鈉和硫酸鈉，溶于過量試劑a為二氧化碳和偏鋁酸鈉溶于反應(yīng)生成濾渣C為氫氧化鋁沉淀，受熱分解得到氧化鋁，
I．回收氧化鋁
（1）濾液A中含有硫酸鐵和硫酸鋁的混合溶液；濾渣B為氫氧化鐵沉淀；
（2）濾液A中含有的金屬陽離子與過量氫氧化鈉溶液反應(yīng)得到濾液B是鋁離子反應(yīng)生成偏鋁酸鹽；
（3）氫氧化鋁是兩性氫氧化物溶于強酸強堿，不溶于弱酸弱堿，偏鋁酸鹽溶液中通入過量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀；
Ⅱ．制備氫氧化鈰
（4）加入稀硫酸和H₂O₂，CeO₂轉(zhuǎn)化為Ce³⁺；
（5）根據(jù)萃取劑與水不互溶的原則來回答，根據(jù)萃取實驗的儀器：分液漏斗、燒杯、玻璃棒、量筒等來回答；
（6）根據(jù)電子守恒建立關(guān)系式：Ce（OH）₄～FeSO₄，然后進(jìn)行計算求出Ce（OH）₄的物質(zhì)的量，得到鈰元素物質(zhì)的量計算得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

解答 解：工業(yè)廢玻璃粉末（主要含Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂）為原料回收氧化鋁和制備氫氧化鈰[Ce（OH）₄]，CeO₂是一種重要的稀土氧化物，不溶于水與稀硫酸，加入稀硫酸溶解過濾洗滌得到濾渣A含SiO₂、CeO₂，濾液A中含有硫酸鋁、硫酸鐵，濾液A中加入過量氫氧化鈉溶解過濾得到濾渣為氫氧化鐵，濾液B為偏鋁酸鈉和硫酸鈉，溶于過量試劑a為二氧化碳和偏鋁酸鈉溶于反應(yīng)生成濾渣C為氫氧化鋁沉淀，受熱分解得到氧化鋁，
I．回收氧化鋁
（1）濾液A中含有硫酸鐵和硫酸鋁的混合溶液，濾液A中含有的金屬陽離子是Fe³⁺Al³⁺，濾渣B主要成分為氫氧化鐵沉淀，F(xiàn)e（OH）₃，
故答案為：Fe³⁺Al³⁺；Fe（OH）₃；
（2）濾液A中含有的金屬陽離子與過量氫氧化鈉溶液反應(yīng)得到濾液B是鋁離子反應(yīng)生成偏鋁酸鹽，反應(yīng)的離子方程式為：Al³⁺+4OH^-=[Al（OH）₄]^-，
故答案為：Al³⁺+4OH^-=[Al（OH）₄]^-；
（3）氫氧化鋁是兩性氫氧化物溶于強酸強堿，不溶于弱酸弱堿，偏鋁酸鹽溶液中通入過量二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，選D，
故答案為：D；
Ⅱ．制備氫氧化鈰
（4）加入稀硫酸和H₂O₂，CeO₂轉(zhuǎn)化為Ce³⁺，反應(yīng)為稀硫酸、H₂O₂，CeO₂三者反應(yīng)生成轉(zhuǎn)化為Ce₂（SO₄）₃、O₂和H₂O，反應(yīng)的離子方程式為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O，
故答案為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（5）化合物TBP作為萃取劑能將鈰離子從水溶液中萃取出來，所以TBP不能與水互溶，實驗室進(jìn)行萃取操作時用到的主要玻璃儀器有：分液漏斗、燒杯、玻璃棒、量筒等，
故答案為：不能；分液漏斗；
（6）取上述流程中得到的全部Ce（OH）₄產(chǎn)品加硫酸溶解后，與0.1000mol•L^-1FeSO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)（發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Ce⁴⁺+Fe²⁺=Fe³⁺+Ce³⁺），消耗25.00mL標(biāo)準(zhǔn)溶液    Ce（OH）₄ ～FeSO₄
    0.0025mol   0.1000mol/L^-1×0.025L
所以n（Ce（OH）₄）=n（Ce）=0.0025mol，
則濾渣A中Ce元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{0.0025mol×140g/mol}{10.0g}$×100%=3.50%
故答案為：90.04%；Fe（OH）₃（2分）（或氫氧化鐵）
故答案為：3.50%；

點評 本題以工藝流程為基礎(chǔ)，考察化學(xué)實驗基本操作、元素及化合物知識、化學(xué)計算、氧化還原反應(yīng)等相關(guān)知識，注意流程分析和實驗基本操作的應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．