Question

二氧化铈（CeO₂）是一种重要的稀土氧化物．平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末（主要含CeO₂、SiO₂、Fe₂O₃等）．某课题组以此粉末为原料回收铈，设计实验流程如图：

（1）洗涤滤渣A的主要目的是为了除去

 

（填离子符号）．
（2）第②步反应的离子方程式为：

 

；滤渣B的主要成分是：

 

．
（3）萃取是分离稀土元素的常用方法．已知化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，TBP

 

（填“能”或“不能”）与水互溶．实验室进行萃取操作时用到的主要玻璃仪器有：

 

、烧杯、玻璃棒、量筒等．
（4）取上述流程中得到的Ce（OH）₄产品0.462g，加硫酸溶解后，用0.1000mol?L-¹FeSO₄标准溶液滴定至终点时（铈被还原为Ce³⁺），消耗20.00mL标准溶液．该产品中Ce（OH）₄的质量分数为：

 

（小数点后保留两位有效数字）．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：废玻璃粉末中含有SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂，向其中加入稀盐酸，Fe₂O₃反应变成FeCl₃，溶于水，滤渣A的成分为SiO₂、CeO₂（第①步），第②步向滤渣A中加稀硫酸和H2O2，SiO₂不反应，CeO₂反应变成Ce³⁺，加碱以Ce（OH）₃形式沉淀出（第③步），Ce（OH）₃和氧气反，生成Ce（OH）₄，经过滤、洗涤、干燥得到纯净的Ce（OH）₄；
根据该反应过程为：①CeO₂、SiO₂、Fe₂O₃等中加入稀盐酸，Fe₂O₃转化FeCl₃存在于滤液中，滤渣为CeO₂和SiO₂；②加入稀硫酸和H₂O₂，CeO₂转化为Ce³⁺，滤渣为SiO₂；③加入碱后Ce³⁺转化为沉淀，④通入氧气讲Ce从+3氧化为+4，得到产品；
（1）根据滤渣A上含有FeCl₃；
（2）根据氧化还原反应中电子得失守恒来分析；滤渣B为SiO₂；
（3）根据萃取剂与水不互溶的原则来回答，根据萃取实验的仪器：分液漏斗、烧杯、玻璃棒、量筒等来回答；
（4）根据电子守恒建立关系式：Ce（OH）₄～FeSO₄，然后进行计算求出Ce（OH）₄的质量，最后求出质量分数．

解答： 解：废玻璃粉末中含有SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂，向其中加入稀盐酸，Fe₂O₃反应变成FeCl₃，溶于水，滤渣A的成分为SiO₂、CeO₂（第①步），第②步向滤渣A中加稀硫酸和H2O2，SiO₂不反应，CeO₂反应变成Ce³⁺，加碱以Ce（OH）₃形式沉淀出（第③步），Ce（OH）₃和氧气反，生成Ce（OH）₄，经过滤、洗涤、干燥得到纯净的Ce（OH）₄；
（1）滤渣A上含有FeCl₃，洗涤滤渣A的目的是为了除去Fe³⁺；
（2）稀硫酸、H₂O₂，CeO₂三者反应生成转化为Ce₂（SO₄）₃、O₂和H₂O，反应的离子方程式为：6H⁺+H₂O₂+2CeO₂=2Ce³⁺+O₂ ↑+4H₂O；加入稀硫酸和H₂O₂，CeO₂转化为Ce³⁺，SiO₂不反应，滤渣B的成分为SiO₂，
故答案为：6H⁺+H₂O₂+2CeO₂=2Ce³⁺+O₂ ↑+4H₂O；SiO₂；
（3）化合物TBP作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，所以TBP不能与水互溶，实验室进行萃取操作时用到的主要玻璃仪器有：分液漏斗、烧杯、玻璃棒、量筒等，故答案为：不能；分液漏斗；
（4）Ce（OH）₄ ～FeSO₄
    0.0020mol   0.1000mol/L^-1×0.020L
所以m（Ce（OH）₄）=0.0020mol×208g/mol=0.416g，产品中Ce（OH）₄的质量分数为

0.416g

0.462g

×100%=90.04%，
故答案为：90.04%；

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．