Question

【題目】平板電視顯示屏生產過程中會產生大量的廢玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2)。利用廢玻璃粉末可以制取多種化工產品。設計流程如下:

查閱資料可知:

①CeO2性質:淡黃或黃褐色粉末，不溶于水和堿，微溶于酸;有強氧化性。

②Ce3+在堿金屬碳酸鹽溶液中生成難溶的碳酸復鹽Ce2(CO3):Na2CO3·2H2O。

③常溫時兩種沉淀物的溶度積見表:

沉淀物	Fe(OH)3	Ce(OH)3
Ksp	4.0×10-38	1.5×10-20

回答下列問題:

(1)過程①分離操作中用到的玻璃儀器有_______________________________。

(2)過程④中發生反應的離子方程式為_________________________________，過程⑥中發生的化學反應方程式為__________________________________。

(3)產品I是一種新型、綠色的多功能凈水劑，集氧化、滅菌、消毒、吸附、絮凝、沉淀等性能為一體。凈水過程中，Na2FeO4 起到吸附、絮凝作用的原理是_________________。

(4)工業上也可用電解濃NaOH溶液制備產品I。用鐵做電極，寫出電解時陽極發生的電極反應方程式_________________。

(5)沉淀過程中，當某種離子濃度降至10—5 mol·L-1時，可認為此離子完全沉淀。過程②中Fe3+沉淀完全時溶液的pH=_____ (已知 lg2=0.3)。

(6)寫出產品III的一種用途______________________________________。

Answer 1

【答案】燒杯、漏斗、玻璃棒 2CeO2＋H2O2＋6H＋===2Ce3＋＋4H2O＋O2↑ 2[Ce2(CO3)3·Na2CO3·2H2O]+O24CeO2+2Na2CO3+6CO2↑+4H2O 凈水過程中，FeO42－被還原成Fe3+，Fe3+水解生成Fe(OH)3膠體，起到吸附、絮凝作用 Fe－6e－+8OH－=FeO42－+4H2O 3.2 建筑行業的黏合劑（特殊用途的木材、紡織品的耐腐蝕劑、阻燃劑）

【解析】

由流程可知，向廢玻璃粉末中加入稀鹽酸，氧化鐵與鹽酸反應生成氯化鐵，二氧化硅與稀鹽酸不反應，二氧化鈰部分與鹽酸反應，則過濾后濾渣A為二氧化硅和二氧化鈰，濾液A為氯化鐵和氯化鈰的混合液；調節濾液A的pH，氯化鐵轉化為氫氧化鐵沉淀，則過濾后濾渣B為氫氧化鐵，濾液B為含有四氯化鈰的溶液；堿性條件下，氫氧化鐵與次氯酸鈉發生氧化還原反應生成產品Ⅰ高鐵酸鈉；在酸性條件下，濾渣A中二氧化鈰和濾液B中四氯化鈰與雙氧水發生氧化還原反應生成Ce3＋，二氧化硅不反應，則過濾后得到含有Ce3＋的濾液，濾渣C為二氧化硅；向含有Ce3＋的濾液中加入濃碳酸鈉溶液，反應生成Ce2(CO3)3·Na2CO3·2H2O，Ce2(CO3)3·Na2CO3·2H2O在空氣中煅燒生成產品Ⅱ二氧化鈰；向濾渣C中加入氫氧化鈉溶液，二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應生成產品Ⅲ硅酸鈉。

（1）過程①的分離操作為過濾，過濾用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒，故答案為：燒杯、漏斗、玻璃棒；

（2）過程④發生的反應為酸性條件下，二氧化鈰與雙氧水發生氧化還原反應生成Ce3＋，反應中鈰元素化合價降低被還原，二氧化鈰做氧化劑，雙氧水做還原劑，反應的離子方程式為2CeO2＋H2O2＋6H＋=2Ce3＋＋4H2O＋O2↑；過程⑥發生的反應為Ce2(CO3)3·Na2CO3·2H2O在空氣中煅燒生成二氧化鈰，反應中鈰元素化合價升高被氧化，空氣中氧氣做反應的氧化劑，反應的化學方程式為2[Ce2(CO3)3·Na2CO3·2H2O]+O24CeO2+2Na2CO3+6CO2↑+4H2O，故答案為：2CeO2＋H2O2＋6H＋=2Ce3＋＋4H2O＋O2↑；2[Ce2(CO3)3·Na2CO3·2H2O]+O24CeO2+2Na2CO3+6CO2↑+4H2O；

（3）Na2FeO4中鐵元素為+6價，具有強氧化性，凈水過程中，FeO42－被細菌還原成Fe3+，達到殺菌消毒的作用，反應生成的Fe3+水解生成Fe(OH)3膠體，Fe(OH)3膠體具有很大的表面積，能夠吸附水中懸浮雜質，起到吸附、絮凝作用，達到凈水的目的，故答案為：凈水過程中，FeO42－被還原成Fe3+，Fe3+水解生成Fe(OH)3膠體，起到吸附、絮凝作用；

（4）工業上也可用電解濃NaOH溶液制備Na2FeO4時，陽極上鐵失電子發生氧化反應生成FeO42－，電極反應式為Fe－6e－+8OH－=FeO42－+4H2O，故答案為：Fe－6e－+8OH－=FeO42－+4H2O；

（5）Fe(OH)3的Ksp=c（Fe3+）c3（OH－）=4.0×10-38，Fe3+沉淀完全時溶液中c（OH－）=mol/ L，則溶液的pH=14—11+×lg2=3.2，故答案為：3.2；

（6）產品Ⅲ為硅酸鈉，硅酸鈉溶液常用作建筑行業的黏合劑，特殊用途的木材、紡織品的耐腐蝕劑、阻燃劑等，故答案為：建筑行業的黏合劑（特殊用途的木材、紡織品的耐腐蝕劑、阻燃劑