Question

废旧显示屏玻璃中含有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[化学式为xFe₂（SO₄）₃·y（NH₄）₂SO₄·zH₂O]，流程设计如下：

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，也不溶于氢氧化钠溶液。

回答以下问题：

（1）操作①的名称是_____________；该操作所用的玻璃仪器有：烧杯、_________、_________。

（2）反应（2）中过氧化氢的作用是：_________________________。

（3）反应（3）的离子方程式是：_____________________。

（4）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）加入硫酸获得较纯的含Ce³⁺的水溶液的原因是_________________。

（5）硫酸铁铵矾广泛用于水的净化处理，其净水原理用离子方程式表示为：_________________。

（6）相同物质的量浓度的以下四种溶液中，铵根离子浓度由大到小的顺序是：_________________。

a．xFe₂（SO₄）₃·y（NH₄）₂SO₄·zH₂O

b．（NH₄）₂SO₄

c．（NH₄）₂CO₃

d．NH₃·H₂O

（7）为测定某硫酸铁铵矾样品的组成，现称取14.00 g该样品，将其溶于水配制成100 mL溶液；再将溶液分成两等份，向其中一份加入足量氢氧化钠溶液，过滤、洗涤沉淀、再烘干灼烧至恒重，得到1.60 g固体；向另一份溶液中加入0.5 mol/L硝酸钡溶液100 mL，恰好完全反应。则该硫酸铁铵矾的化学式为____________________。

Answer

（1）过滤；玻璃棒；漏斗；（2）将Fe2+氧化为Fe3+；

（3）2CeO2＋6H+＋H2O2＝2Ce3+＋4H2O＋O2↑；

（4）混合液中加入H2SO4使c（H+）增大，平衡向形成Ce3+水溶液方向移动；

（5）Fe3+＋3H2OFe（OH）3（胶体）＋3H+；

（6）a＞b＞c＞d；（7）Fe2（SO4）3·2（NH4）2SO4·2H2O。

【解析】

试题分析：（1）根据操作①，得到滤液和滤渣，此操作是过滤，过滤时需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、漏斗；（2）硫酸铁铵矾中铁显＋3价，以及废旧显示屛含有FeO，因此过氧化氢的作用是把Fe2＋氧化成Fe3＋；（3）滤渣B中CeO4中Ce显＋4价，反应（3）得到Ce3＋，因此在反应中＋4价Ce作氧化剂，过氧化氢作还原剂，转化成氧气，根据化合价升降法进行配平，因此离子反应方程式为：2CeO2＋6H+＋H2O2＝2Ce3+＋4H2O＋O2↑；（4）此反应是可逆反应，加入硫酸，增加c（H＋）平衡向逆反应方向移动；（6）Fe3＋发生水解成氢氧化铁胶体，即Fe3+＋3H2OFe（OH）3（胶体）＋3H+，利用胶体的表面积大，吸附水中悬浮固体小颗粒，达到净水的目的；（6）NH4＋属于弱碱根离子，发生水解，但水解的程度微弱，NH3·H2O属于弱碱，部分发生电离，因此铵盐中NH4＋的浓度大于NH3·H2O中c（NH4＋），即d中c（NH4＋）最小，碳酸铵属于弱酸弱碱盐，发生双水解反应，但不彻底，因此三种铵盐中c（NH4＋）最小，Fe3＋得OH－能力大于NH4＋得OH－，Fe3＋的水解对NH4＋水解起抑制作用，因此硫酸铁铵矾中c（NH4＋）最大，因此c（NH4＋）大小顺序是：abcd；（7）加入足量的氢氧化钠溶液，生成沉淀的反应是：Fe3＋＋3OH－=Fe（OH）3↓，灼烧烘干，得到固体是Fe2O3，因此n（Fe2O3）=1.6/160mol=0.01mol，样品中铁的物质的量为0.01×2×2mol=0.04mol，加入硝酸钡发生的反应是：Ba2＋＋SO42－=BaSO4↓，n（SO42－）=100×10－3×0.5mol=0.05mol，样品中n（SO42－）=0.05×2mol=0.1mol，根据电荷守恒，n（NH4＋）=2n（SO42－）－3n（Fe3＋）=（2×0.1－3×0.04）mol=0.08mol， 结晶水的质量为=（14－0.04×56－0.1×96－0.08×18）g= 0.72g，n（H2O）=0.72/18mol=0.04mol，因此x:y:z=0.02:0.04:0.04=1:2:2，化学式为： Fe2（SO4）3·2（NH4）2SO4·2H2O。

考点：考查物质提、氧化还原反应方程式的书写、盐类水解、化学计算等知识。