Question

10．平板電視顯示屏生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的廢玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂等物質(zhì)）．某課題以此粉末為原料，資源回收的工藝流程如下：

（1）鈰（Ce）是稀土元素之一，萃取是分離稀土元素的常用方法，已知化合物TBP作為萃取劑能將鈰離子從水溶液中萃取出來，TBP應(yīng)滿足的條件TBP不溶于水且鈰離子在TBP溶解度更大．
（2）寫出第①步反應(yīng)的離子方程式Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，第①步不能用濃鹽酸的理由CeO₂與鹽酸反應(yīng)，放出氯氣
（3）第①步洗滌濾渣A，檢驗(yàn)濾渣A是否洗凈的方法是取最后一次洗滌液，加入KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈，反之，未洗凈或取最后洗滌液少量，滴加AgNO₃，如無白色沉淀，則洗干凈，寫出第②步反應(yīng)的化學(xué)方程式2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O
（4）工業(yè)上利用上述回收的資源以及焦炭、氯氣、氫氣制取純硅，寫出制取純硅的相關(guān)化學(xué)方程式2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO↑+Si（粗硅），Si（粗硅）+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄；SiCl₄+2H_{2$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$} Si（純硅）+4HCl
（5）取上述流程中得到的Ce（OH）₄產(chǎn)品0.5g，加硫酸溶解后，用0.1000mol/LFeSO₄ 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定到終點(diǎn)時(shí)（ 還原產(chǎn)物為Ce³⁺ ），消耗20mL 標(biāo)準(zhǔn)溶液，該產(chǎn)品中Ce（OH）₄ 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為83.2%（保留小數(shù)點(diǎn)后一位）．

Answer 1

分析 CeO₂、SiO₂、Fe₂O₃等中加入稀硫酸，F(xiàn)e₂O₃轉(zhuǎn)化FeCl₃存在于濾液中，濾渣為CeO₂和SiO₂；②加入稀硫酸和H₂O₂，CeO₂轉(zhuǎn)化為Ce³⁺，濾渣為SiO₂；③加入堿后Ce³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，④通入氧氣講Ce從+3氧化為+4，得到產(chǎn)品，
（1）萃取劑與水不互溶，結(jié)合萃取原理分析；
（2）步驟①反應(yīng)為氧化鐵溶于硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水，CeO₂具有氧化性能氧化氯離子為氯氣；
（3）根據(jù)濾渣A上含有FeCl₃；取最后一次洗滌液，加入KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈，反之，未洗凈，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中電子得失守恒來分析；
（4）工業(yè)上利用上述回收的資源以及焦炭、氯氣、氫氣制取純硅，碳和二氧化硅反應(yīng)生成粗硅和一氧化碳，粗硅和氯氣反應(yīng)生成四氯化硅，四氯化硅和氫氣反應(yīng)生成氯化氫和晶體硅；
（5）根據(jù)電子守恒建立關(guān)系式：Ce（OH）₄～FeSO₄，然后進(jìn)行計(jì)算求出Ce（OH）₄的質(zhì)量，最后求出質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）化合物TBP作為萃取劑能將鈰離子從水溶液中萃取出來，TBP應(yīng)滿足的條件是：TBP不溶于水且鈰離子在TBP溶解度更大，
故答案為：TBP不溶于水且鈰離子在TBP溶解度更大；
（2）步驟①反應(yīng)為氧化鐵溶于硫酸反應(yīng)生成硫酸鐵和水，步驟①反應(yīng)的離子方程式：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O，第①步不能用濃鹽酸的理由是CeO₂與鹽酸反應(yīng)，CeO₂具有氧化性能氧化氯離子為氯氣，
故答案為：Fe₂O₃+6H⁺═2Fe³⁺+3H₂O；CeO₂與鹽酸反應(yīng)，放出氯氣；
（3）濾渣A上含有FeCl₃，洗滌濾渣A的目的是為了除去Fe³⁺、Cl^-；取最后一次洗滌液，加入KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈，反之，未洗凈，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)的化學(xué)方程式為：2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O，
故答案為：取最后一次洗滌液，加入KSCN溶液，若不出現(xiàn)紅色，則已洗凈，反之，未洗凈或取最后洗滌液少量，滴加AgNO₃，如無白色沉淀，則洗干凈；2CeO₂+H₂O₂+3H₂SO₄=Ce₂（SO₄）₃+O₂↑+4H₂O；
（4）工業(yè)上利用上述回收的資源以及焦炭、氯氣、氫氣制取純硅，碳和二氧化硅反應(yīng)生成粗硅和一氧化碳，粗硅和氯氣反應(yīng)生成四氯化硅，四氯化硅和氫氣反應(yīng)生成氯化氫和晶體硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO↑+Si（粗硅），Si（粗硅）+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄；SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si（純硅）+4HCl，
故答案為：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2CO↑+Si（粗硅），Si（粗硅）+2Cl₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiCl₄；SiCl₄+2H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si（純硅）+4HCl；
（5）用0.1000mol/LFeSO₄溶液滴定至終點(diǎn)，鈰被還原成Ce³⁺，則Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，則
    Ce（OH）₄～FeSO₄
0.002mol    0.1000mol/L^-1×0.020L
所以m（Ce（OH）₄）=0.002mol×208g/mol=0.416g，
產(chǎn)品中Ce（OH）₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.416}{0.500}$×100%=83.2%，
故答案為：83.2%；

點(diǎn)評 本題以工藝流程為基礎(chǔ)，考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、元素及化合物知識(shí)、化學(xué)計(jì)算、氧化還原反應(yīng)等相關(guān)知識(shí)，題目難度中等，明確實(shí)驗(yàn)流程及反應(yīng)原理為解答關(guān)鍵，試題有利于培養(yǎng)學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算能力．