Question

【題目】水晶石是生產玻璃的原料，工業上回收水晶石廢料（主要含SiO2，還含有CeO2、CaO、MgO、Na2O等）中的SiO2并富集稀土元素Ce（鈰）元素的一種流程如下：

已知CeO2不溶于水，微溶于稀酸。

⑴玻璃工業上用SiO2、Na2CO3和CaCO3在高溫下反應制普通玻璃（Na2O·CaO·6SiO2）的化學方程式為_______。

⑵“還原”時發生反應的離子方程式為______。

⑶“還原”時稀硫酸應適當過量，目的除保證反應充分進行及加快反應速率外，還有______。還原時控制其他條件一定，只改變反應的溫度，所得SiO2產品的純度如右圖所示。超過70℃所得SiO2產品純度下降的原因是_______。

⑷洗滌SiO2的方法是_______。

⑸向Ce2(SO4)3溶液中加入H2C2O4會析出Ce2(C2O4)3·10H2O晶體，將0.5440g Ce2(C2O4)3在N2氣流中加熱，所得殘余固體的質量隨溫度的變化如圖所示。已知加熱時生成三種氧化物，寫出Ce2(C2O4)3固體加熱到300℃時反應的方程式：_______。

Answer 1

【答案】Na2CO3＋CaCO3＋6SiO2 Na2O·CaO·6SiO2＋2CO2↑ 2CeO2＋H2O2＋6H＋＝2Ce3＋＋O2↑＋4H2O 抑制Ce3＋的水解 H2O2大量分解導致CeO2不能完全被還原而混入SiO2中 向漏斗內加蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流出后，重復操作2～3次 Ce2(C2O4)3 2CeO2＋4CO↑＋2CO2↑

【解析】

根據題干廢料主要有SiO2、還含有CeO2、CaO、MgO、Na2O等， CaO、MgO、Na2O 溶于鹽酸，CeO2不溶于水，微溶于稀酸，則過濾Ⅰ后，濾渣中有CeO2 、SiO2，流程如下：

（1）工業制玻璃原理：Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑，CaCO3＋SiO2 CaSiO3＋CO2↑，根據玻璃的成分，將兩方程式加和：Na2CO3＋CaCO3＋6SiO2Na2O·CaO·6SiO2＋2CO2↑ 。

（2）由流程知在硫酸環境中H2O2還原CeO2為Ce3＋，則H2O2被氧化生成O2，根據得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒，反應的離子方程式為2CeO2＋H2O2＋6H＋＝2Ce3＋＋O2↑＋4H2O。

（3）該鹽Ce3＋水解溶液呈酸性，硫酸適當過量抑制Ce3＋的水解。

H2O2受熱不穩定分解，導致H2O2減少，H2O2量不足導致CeO2不能完全被還原而混入SiO2中 ，使 SiO2產品純度下降。

（4）SiO2不溶于水，向漏斗內加蒸餾水，待水自然流出將表面附著的雜質離子帶走，重復操作2～3次。

（5） Ce2(C2O4)3中：n(Ce)= ×2=0.002mol，

n(O)= =0.004mol，n(Ce)：n(O)=1:2，故鈰的氧化物CeO2

反應的方程式為：Ce2(C2O4)32CeO2＋4CO↑＋2CO2↑。