Question

20．廢舊顯示屏玻璃中含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物質(zhì)．某課題小組以此玻璃粉末為原料，制得Ce（OH）₄和硫酸鐵銨礬[Fe₂（SO₄） ₃•（NH₄） ₂SO₄•24H₂O]，流程設(shè)計(jì)如下：

已知：Ⅰ．酸性條件下，鈰在水溶液中有Ce³⁺、Ce⁴⁺兩種主要存在形式，Ce⁴⁺有較強(qiáng)氧化性；
Ⅱ．CeO₂不溶于稀硫酸，也不溶于NaOH溶液．回答以下問題：
（1）反應(yīng)①的離子方程式是SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O．
（2）反應(yīng)②中H₂O₂的作用是氧化使Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺．
（3）反應(yīng)③的離子方程式是2GeO₂+6H⁺+H₂O₂=2Ge³⁺+4H₂O+O₂↑．
（4）已知有機(jī)物HT能將Ce³⁺從水溶液中萃取出來，該過程可表示為：2Ce³⁺（水層）+6HT（有機(jī)層）?2CeT₃ （有機(jī)層）+6H⁺（水層）
從平衡角度解釋：向CeT₃ （有機(jī)層）加入H₂SO₄ 獲得較純的含Ce³⁺的水溶液的原因是混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ge³⁺水溶液方向移動．
（5）硫酸鐵銨礬[Fe₂（SO₄） ₃•（NH₄） ₂SO₄•24H₂O]廣泛用于水的凈化處理，其凈水原理用離子方程式解釋是Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃+3H⁺．
（6）相同物質(zhì)的量濃度的以下三種溶液中，NH₄⁺的濃度由大到小的順序是a＞b＞c．
a．Fe₂（SO₄） ₃•（NH₄） ₂SO₄•24H₂O      b．（NH₄） ₂SO₄      c．（NH₄） ₂CO₃．

Answer 1

分析 廢玻璃粉末加氫氧化鈉溶液后過濾，得到濾渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂、FeO；濾渣A（Fe₂O₃、CeO₂、FeO）加稀硫酸后過濾得濾液B是硫酸亞鐵溶液，加入硫酸和氧化劑過氧化氫可生成溶液C中為硫酸鐵，所加氧化劑過氧化氫不引入新雜質(zhì)，加熱蒸發(fā)得到溶液D為飽和硫酸鐵溶液，在溶液中加入硫酸銨溶液得到硫酸鐵銨礬；濾渣B的成分是CeO₂；CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應(yīng)生成Ce³⁺和O₂，加入HT硫酸萃取，將Ce³⁺從水溶液中萃取出來，Ce³⁺加堿和氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Ce（OH）₄；
（1）反應(yīng)①是二氧化硅溶于氫氧化鈉溶液中生成硅酸鈉和水；
（2）反應(yīng)②中H₂O₂的作用是沿河亞鐵離子為鐵離子；
（3）反應(yīng)③是酸性溶液中CeO₂被過氧化氫還原生成Ce³⁺離子，過氧化氫被氧化生成氧氣；
（4）有機(jī)物HT能將Ce³⁺從水溶液中萃取出來，該過程可表示為：2Ce³⁺（水層）+6HT（有機(jī)層）═2CeT₃（有機(jī)層）+6H⁺（水層），加入硫酸增大氫離子濃度，平衡逆向進(jìn)行向形成Ge³⁺水溶液方向移動，獲得較純的含Ce³⁺的水溶液；
（5）硫酸鐵銨礬[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O]廣泛用于水的凈化處理，其凈水原理是溶解后溶液中的鐵離子水解生成氫氧化鐵膠體，膠體具有吸附懸浮雜質(zhì)的作用，可以凈水；
（6）相同物質(zhì)的量濃度的以下三種溶液中，a．Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O  溶液中鐵離子水解顯酸性抑制銨根離子水解，銨根離子濃度增大；     
b．（NH₄）₂SO₄ 溶液中硫酸根離子對銨根離子水解無影響；
c．（NH₄）₂CO₃，溶液中碳酸根離子水解顯堿性促進(jìn)銨根離子水解，銨根離子濃度減小．

解答 解：廢玻璃粉末加氫氧化鈉溶液后過濾，得到濾渣A的成分是Fe₂O₃、CeO₂、FeO；濾渣A（Fe₂O₃、CeO₂、FeO）加稀硫酸后過濾得濾液B是硫酸亞鐵溶液，加入硫酸和氧化劑過氧化氫可生成溶液C中為硫酸鐵，所加氧化劑過氧化氫不引入新雜質(zhì)，加熱蒸發(fā)得到溶液D為飽和硫酸鐵溶液，在溶液中加入硫酸銨溶液得到硫酸鐵銨礬；濾渣B的成分是CeO₂；CeO₂與H₂O₂和稀H₂SO₄反應(yīng)生成Ce³⁺和O₂，加入HT硫酸萃取，將Ce³⁺從水溶液中萃取出來，Ce³⁺加堿和氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Ce（OH）₄；
（1）反應(yīng)①是二氧化硅溶于氫氧化鈉溶液中生成硅酸鈉和水，反應(yīng)的離子方程式是：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O，
故答案為：SiO₂+2OH^-=SiO₃^2-+H₂O；
（2）反應(yīng)②中H₂O₂的作用是氧化使亞鐵離子為鐵離子，
故答案為：氧化使Fe²⁺轉(zhuǎn)化為Fe³⁺；
（3）反應(yīng)③是酸性溶液中CeO₂被過氧化氫還原生成Ce³⁺離子，過氧化氫被氧化生成氧氣，反應(yīng)的離子方程式：2GeO₂+6H⁺+H₂O₂=2Ge³⁺+4H₂O+O₂↑，
故答案為：2GeO₂+6H⁺+H₂O₂=2Ge³⁺+4H₂O+O₂↑；
（4）有機(jī)物HT能將Ce³⁺從水溶液中萃取出來，該過程可表示為：2Ce³⁺（水層）+6HT（有機(jī)層）═2CeT₃（有機(jī)層）+6H⁺（水層），加入硫酸增大氫離子濃度，平衡逆向進(jìn)行向形成Ge³⁺水溶液方向移動，獲得較純的含Ce³⁺的水溶液；
故答案為：混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ge³⁺水溶液方向移動；
（5）硫酸鐵銨礬[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O]廣泛用于水的凈化處理，其凈水原理是溶解后溶液中的鐵離子水解生成氫氧化鐵膠體，膠體具有吸附懸浮雜質(zhì)的作用，可以凈水，反應(yīng)的離子方程式為：Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃+3H⁺，
故答案為：Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃+3H⁺；
（6）相同物質(zhì)的量濃度的以下三種溶液中，a．Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O  溶液中鐵離子水解顯酸性抑制銨根離子水解，銨根離子濃度增大；     
b．（NH₄）₂SO₄ 溶液中硫酸根離子對銨根離子水解無影響；
c．（NH₄）₂CO₃，溶液中碳酸根離子水解顯堿性促進(jìn)銨根離子水解，銨根離子濃度減��；
所以三種溶液中NH₄⁺的濃度由大到小的順序是：a＞b＞c，
故答案為：a＞b＞c．

點(diǎn)評 本題以工藝流程為基礎(chǔ)，考查了化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、元素及化合物知識反應(yīng)等相關(guān)知識及提純制備，為高考常見題型，題目難度中等，試題側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�和�?jì)算能力的考查，注意把握實(shí)驗(yàn)的原理和操作方法．