Question

废旧显示屏玻璃中含 SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO 等物质．某课题小组以此玻璃粉末为原料，制得 Ce（OH）₄ 和硫酸铁铵矾[Fe₂（SO4）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O]，流程设计如图1：

已知：Ⅰ．酸性条件下，铈在水溶液中有 Ce³⁺、Ce⁴⁺两种主要存在形式，Ce⁴⁺有较强氧化性；

Ⅱ．CeO₂ 不溶于稀硫酸，也不溶于 NaOH 溶液． 回答以下问题：

（1）反应②中 H₂O₂的作用是                      ．

（2）反应③的离子方程式是                     ．

（3）已知有机物 HT 能将Ce³⁺从水溶液中萃取出来，该过程可表示为：

2Ce³⁺（水层）+6HT（有机层）⇌2CeT₃（有机层）+6H⁺（水层）

从平衡角度解释：向 CeT₃ （有机层）加入 H₂SO₄ 获得较纯的含 Ce³⁺的水溶液的原因是             ．

（4）硫酸铁铵矾[Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O]广泛用于水的净化处理，其净水原理用离子方程式解释是                     ．

（5）相同物质的量浓度的以下三种溶液中，NH⁴⁺的浓度由大到小的顺序是              ．

a．Fe₂（SO₄）₃•（NH₄）₂SO₄•24H₂O    b．（NH₄₂SO4    c．（NH₄）₂CO₃

（6）用滴定法测定制得的 Ce（OH）₄ 产品纯度如图2．若所用 FeSO₄ 溶液在空气中露置一段时间后再进进行滴定，则测得该 Ce（OH）₄ 产品的质量分数           ．（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）；称取 14.00g 硫酸铁铵样品，将其溶于水配制成 100mL溶液，分成两等份，向其中一份加入足量 NaOH 溶液，过滤洗涤沉淀并烘干灼烧至恒重得到 1.60g固体；向另一份溶液中加入 0.5mol/L Ba（NO₃）₂溶液 100mL，恰好完全反应．则该硫酸铁铵的化学 式为                  ．

Answer

（1）氧化使Fe2+转化为Fe3+；（2）2GeO2+6H++H2O2=2Ge3++4H2O+O2↑；（3）混合液中加入H2SO4使c（H+）增大，平衡向形成Ge3+水溶液方向移动；（4）Fe3++3H2O=Fe（OH）3+3H+；（5）a＞b＞c；（6）偏大； Fe2（SO4）3 • 2（NH4）2SO4 • 2H2O．

【解析】废玻璃粉末加氢氧化钠溶液后过滤，得到滤渣A的成分是Fe2O3、CeO2、FeO；滤渣A（Fe2O3、CeO2、FeO）加稀硫酸后过滤得滤液B是硫酸亚铁溶液，加入硫酸和氧化剂过氧化氢可生成溶液C中为硫酸铁，所加氧化剂过氧化氢不引入新杂质，加热蒸发得到溶液D为饱和硫酸铁溶液，在溶液中加入硫酸铵溶液得到硫酸铁铵矾；滤渣B的成分是CeO2；CeO2与H2O2和稀H2SO4反应生成Ce3+和O2，加入HT硫酸萃取，将Ce3+从水溶液中萃取出来，Ce3+加碱和氧气发生氧化还原反应生成Ce（OH）4；

（1）反应②中H2O2的作用是氧化使亚铁离子为铁离子，

（2）反应③是酸性溶液中CeO2被过氧化氢还原生成Ce3+离子，过氧化氢被氧化生成氧气，反应的离子方程式2GeO2+6H++H2O2=2Ge3++4H2O+O2↑，

（3）有机物HT能将Ce3+从水溶液中萃取出来，该过程可表示为：2Ce3+（水层）+6HT（有机层）═2CeT3（有机层）+6H+（水层），加入硫酸增大氢离子浓度，平衡逆向进行向形成Ge3+水溶液方向移动，获得较纯的含Ce3+的水溶液；

（4）硫酸铁铵矾[Fe2（SO4）3•（NH4）2SO4•24H2O]广泛用于水的净化处理，其净水原理是溶解后溶液中的铁离子水解生成氢氧化铁胶体，胶体具有吸附悬浮杂质的作用，可以净水，反应的离子方程式为：Fe3++3H2O=Fe（OH）3+3H+，

（5）相同物质的量浓度的以下三种溶液中，

a．Fe2（SO4）3•（NH4）2SO4•24H2O 溶液中铁离子水解显酸性抑制铵根离子水解，铵根离子浓度增大；

b．（NH4）2SO4 溶液中硫酸根离子对铵根离子水解无影响；

c．（NH4）2CO3，溶液中碳酸根离子水解显碱性促进铵根离子水解，铵根离子浓度减小，NH4+的浓度由大到小的顺序是a＞b＞c，

（6）FeSO4溶液在空气中露置一段时间后会被氧化，消耗硫酸亚铁增大，测定该Ce（OH）4产品的质量分数会偏大；称取14.00g样品，将其溶于水配置成100mL溶液，分成两等份，向其中一份中加入足量NaOH溶液，过滤洗涤得到沉淀并烘干灼烧至恒重得到1.60g固体为氧化铁，n（Fe2O3）==0.01mol，生成氢氧化铁沉淀物质的量为，n（Fe（OH）3）=0.02mol，

向另一份溶液中加入0.05mol Ba（NO3）2溶液，恰好完全反应，则n（SO42﹣）=0.05mol，

所以14.00g样品中含有Fe2（SO4）30.02mol，n（SO42﹣）为0.1mol，则（NH4）2SO4为0.1mol﹣0.02mol×3=0.04mol，

则m（H2O）=14.00g﹣0.02mol×400g/mol﹣0.04mol×132g/mol=0.72g，

n（H2O）==0.04mol，

n（Fe2（SO4）3）：n（（NH4）2SO4）：n（H2O）=0.02：0.04：0.04=1：2：2，

所以化学式为Fe2（SO4）3•2（NH4）2SO4•2H2O，

【点评】本题以工艺流程为基础，考查了化学实验基本操作、元素及化合物知识反应等相关知识，提纯制备，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，注意把握实验的原理和操作方法，题目难度中等．