Question

2．廢舊顯示屏玻璃中含有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，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，也不溶于氫氧化鈉溶液．
回答以下問題：
（1）操作①的名稱是過濾；該操作所用的玻璃儀器有：燒杯、漏斗、玻璃棒．
（2）反應(yīng)（2）中過氧化氫的作用是：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）加入硫酸獲得較純的含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(dòng)．
（5）硫酸鐵銨礬廣泛用于水的凈化處理，其凈水原理用離子方程式表示為：Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺．
（6）相同物質(zhì)的量濃度的以下四種溶液中，銨根離子濃度由大到小的順序是：a＞b＞c＞d．
a．xFe₂（SO₄）₃•y（NH₄）₂SO₄•zH₂Ob．（NH₄）₂SO₄c．（NH₄）₂CO₃d．NH₃•H₂O
（7）為測定某硫酸鐵銨礬樣品的組成，現(xiàn)稱取14.00g該樣品，將其溶于水配制成100mL溶液；再將溶液分成兩等份，向其中一份加入足量氫氧化鈉溶液，過濾、洗滌沉淀、再烘干灼燒至恒重，得到1.60g固體；向另一份溶液中加入0.5mol/L硝酸鋇溶液100mL，恰好完全反應(yīng)．則該硫酸鐵銨礬的化學(xué)式為Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O．

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，以此解答該題．

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）通過操作①得到濾渣和濾液，則操作①為過濾，過濾需要的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、漏斗；
故答案為：過濾；漏斗、玻璃棒；
（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(dòng)，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(dòng)；
（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（膠體）+3H⁺；
故答案為：Fe³⁺+3H₂O=Fe（OH）₃（膠體）+3H⁺；
（6）相同物質(zhì)的量濃度的以下三種溶液中，
a．xFe₂（SO₄）₃•y（NH₄）₂SO₄•zH₂O  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��；
d．NH₃•H₂O，電離較弱，銨根離子濃度最��；
故答案為：a＞b＞c＞d；
（7）稱取14.00g樣品，將其溶于水配置成100mL溶液，分成兩等份，向其中一份中加入足量NaOH溶液，過濾洗滌得到沉淀并烘干灼燒至恒重得到1.60g固體為氧化鐵，n（Fe₂O₃）=$\frac{1.6g}{160g/mol}$=0.01mol，生成氫氧化鐵沉淀物質(zhì)的量為，n（Fe（OH）₃）=0.02mol，
向另一份溶液中加入0.05mol Ba（NO₃）₂溶液，恰好完全反應(yīng)，則n（SO₄^2-）=0.05mol，
所以14.00g樣品中含有Fe₂（SO₄）₃0.02mol，n（SO₄^2-）為0.1mol，則（NH₄）₂SO₄為0.1mol-0.02mol×3=0.04mol，
則m（H₂O）=14.00g-0.02mol×400g/mol-0.04mol×132g/mol=0.72g，n（H₂O）=$\frac{0.72g}{18g/mol}$=0.04mol，
則n（Fe₂（SO₄）₃）：n（（NH₄）₂SO₄）：n（H₂O）=0.02：0.04：0.04=1：2：2，
所以化學(xué)式為Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O；
故答案為：Fe₂（SO₄）₃•2（NH₄）₂SO₄•2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 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(shí)反應(yīng)等相關(guān)知識(shí)，提純制備，為高考常見題型，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，題目難度中等．