Question

【題目】鈰是地殼中含量最高的稀土元素，二氧化鈰(CeO2)是其重要的化合物。平板液晶顯示屏生產過程中產生大量的廢玻璃粉末，其中含CeO2、SiO2、Fe2O3等物質，某實驗小組以此粉末為原料回收鈰，設計流程如圖所示：

（1）步驟Ⅰ加入過量鹽酸后，溶液a中的陽有離子___________________。

（2）步驟Ⅱ中反應的氧化劑和還原劑的物質的量之為___________。

（3）為了使步驟Ⅲ所得懸濁液中的Ce3+濃度為1×10-6mol·L-1，則加入NaOH調節溶液的pH應為____________[已知：Ce(OH)3的Ksp=8.0×10-21，lg2=0.3]。

（4）將NH4Cl固體與CeCl3·6H2O混合真空加熱可得無水CeCl3，其中加入NH4Cl的作用是__________。

（5）第Ⅴ步反應的化學方程式是____________________；用反應得到的懸濁液制備純凈的Ce(OH)4需進行的實驗操作為______________。

（6）對CeCl3樣品純度進行測定的方法：準確稱取樣品wg配成100mL溶液，取25.00mL置于錐形瓶中，加入稍過量的過二硫酸銨[(NH4)2S2O8]溶液將Ce3+氧化為Ce4+，然后用萃取劑[用(HT2)表示]萃取Ce4+，再用cmol·L-1(NH4)2Fe(SO4)2標準溶液滴定至終點(其離子反應方程式為Ce4++Fe2+=Ce3++Fe3+)，重復2～3次，平均消耗VmL標準溶液。

①“萃取”時存在反應：Ce4++n(HT)2Ce(H2n-4)+4H+，若要提高滴定的準確率，應使溶液呈______性(填“酸”“中”或“堿”)。

②經計算，CeCl3樣品的純度為________________。 [M(CeCl3)=246.5g·mol-1]

Answer 1

【答案】 Fe3+、H+ 2：1 9.3 NH4Cl固體受熱分解生成的HCl可抑制CeCl3水解 4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4 過濾、洗滌、干燥 酸 或（其他合理答案均可給分）

【解析】平板液晶顯示屏生產過程中產生大量的廢玻璃粉末，其中含CeO2、SiO2、Fe2O3等物質，加入HCl過濾得到固體a和溶液a，溶液a中主要是氯化鐵溶液和鹽酸溶液，固體a中為二氧化硅和二氧化鈰，固體中加入稀硫酸和過氧化氫反應后過濾得到固體b為二氧化硅，溶液b為硫酸鈰溶液，加入氫氧化鈉溶液調節溶液PH生成氫氧化鈰沉淀，懸濁液中通氧氣過濾、洗滌、干燥得到Ce(OH)4，懸濁液中加入鹽酸得到CeCl3溶液，蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾洗滌得到結晶水合物，將NH4Cl固體與CeCl3·6H2O混合真空加熱可得無水CeCl3，利用氯化銨分解生成的氯化氫抑制Ce3＋離子的水解，得到無水CeCl3。

（1）廢玻璃粉末，其中含CeO2、SiO2、Fe2O3等物質，步驟Ⅰ加入過量鹽酸后，溶液a中的陽離子有Fe3＋、H＋，CeO2、SiO2不溶于鹽酸，加入稀硫酸和過氧化氫反應后過濾得到固體b的成分是 SiO2，（2）步驟Ⅱ中反應二氧化鈰在稀硫酸溶液中被過氧化氫還原生成三價鈰離子，過氧化氫被氧化生成氧氣，反應的離子方程式為：2CeO2+H2O2+6H＋═2Ce3＋+O2↑+4H2O，氧化劑CeO2和還原劑的H2O2物質的量之比為2：1；（3）當溶液中離子濃度小于1×10-6mol·L-1時視為沉淀充全，結合溶度積常數計算氫氧根離子濃度c（OH－）= =2×10-5mol·L－1，c（H＋）=10-14/2×10-5=5×10-10mol·L－1，得到溶液PH=-lg5×10-10=9.3；（4）將NH4Cl固體與CeCl3·6H2O混合真空加熱可得無水CeCl3，其中加入NH4Cl的作用是NH4Cl固體受熱分解生成的HCl可抑制CeCl3水解；（5）第V步反應是氫氧化鈰被氧氣氧化生成Ce(OH)4，4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4；用反應得到的懸濁液制備純凈的Ce(OH)4需進行的實驗操作為過濾、洗滌、干燥；（6）①“萃取”時存在反應：Ce4++n(HT)2Ce(H2n-4)+4H+，若要提高滴定的準確率，需要平衡逆向進行，因此溶液呈酸性；②電子守恒可知Ce3＋物質的量等于亞鐵離子的物質的量，則CeCl3樣品的純度=即為 或（其他合理答案均可給分）。