Question

铈是地壳中丰度最高稀土元素，二氧化铈（CeO₂）是其重要的化合物。平板液晶显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末，其中含CeO₂、SiO₂、Fe₂O₃等物质，某实验小组以此粉末为原料回收铈，设计流程如下：

（1）步骤Ⅰ加入过量盐酸后，溶液a中的阳离子有__________，固体b的成分是__________。

（2）步骤Ⅱ中反应的离子方程式为______________________。

（3）当溶液中离子浓度小于1×10^-6mol·L^-1时视为沉淀充全，则步骤Ⅲ中加入NaOH调节溶液的pH应大于________________[己知：Ce(OH)₃的K_sp=8.0×10^-21，1g2=0.3 ]。第V步反应的化学方程式是______________________。

（4）步骤Ⅳ中的实验操作包括_____________。将NH₄Cl固体与CeCl₃·6H₂O混合真空加热可得无水CeCl₃，其中加入NH₄Cl的作用是_______________________。

（5）无水CeCl₃是重要的分析试剂，现欲对CeCl₃样品纯度进行测定，其方法是：准确称取样品wg配成100.00 mL溶液，取25.00 mL 置于锥形瓶中，加入和过量的过硫酸铵溶液将Ce³⁺ 氧化为Ce⁴⁺，然后用莘取剂[用(HT)₂表示]萃取Ce⁴⁺，再用c mol/L (NH₄)₂Fe(SO₄)₂标准溶液滴定至终点（Ce⁴⁺被还原为Ce³⁺），重复 2-3次，平均消耗VmL标准溶液。

①“萃取”时存在反应：Ce⁴⁺+n(HT)₂Ce(H_2n-4T_2n)+4H⁺，若要提高滴定的准确率，应使溶液呈____________性（填“酸”、“碱”或“中”)。若未进行“萃取”，经计算所得结果偏高，其原因是______________________。

②经计算，CeCl₃样品的纯度为____________。 [M(CeCl₃) =246.5g/mol]

Answer

Fe3+、H+ SiO2 2CeO2＋H2O2＋6H+==2Ce3+＋O2↑＋4H2O 9.3 4Ce(OH)3＋O2＋2H2O==4Ce(OH)4 过滤，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶 NH4Cl固体受热分解生成的HCl可抑制CeCl3水解 酸 过量的过硫酸铵溶液也会与Fe2+反应，从而使结果偏高 ×100% 或  %

【解析】（1）步骤Ⅰ加入过量盐酸后，氧化铁与盐酸反应，因此溶液a中的阳离子有Fe3+、H+。固体a中含有二氧化硅和CeO2，加入硫酸和双氧水后CeO2溶解，二氧化硅不溶，所以固体b的成分是SiO2。（2）步骤Ⅱ中有Ce3+生成，说明双氧水被氧化，二氧化铈被还原，反应的离子方程式为2CeO2＋H2O2＋6H+＝2Ce3+＋O2↑＋4H2O。（3）当Ce3+浓度为1×10-6mol·L-1时氢氧根浓度是，则氢离子浓度是5×10－10mol/L，pH＝9.3；第V步氧气氧化Ce(OH)3，反应的化学方程式是4Ce(OH)3＋O2＋2H2O＝4Ce(OH)4。（4）步骤Ⅳ是得到固体，其中的实验操作包括过滤，将滤液蒸发浓缩、冷却结晶。CeCl3水解，所以加入NH4Cl的作用是NH4Cl固体受热分解生成的HCl可抑制CeCl3水解。（5）①“萃取”时存在反应：Ce4++n(HT)2Ce(H2n-4T2n)+4H+，若要提高滴定的准确率，需要使平衡向逆反应方向进行，因此应使溶液呈酸。由于过量的过硫酸铵溶液也会与Fe2+反应，所以若未进行“萃取”会使结果偏高。②根据电子得失守恒可知Ce3+的物质的量等于亚铁离子的物质的量，则CeCl3样品的纯度为。

点睛：注意掌握解决本类题目的基本方法和步骤：（1）从题干中获取有用信息，了解生产的产品。（2）然后整体浏览一下流程，基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。（3）分析流程中的每一步骤，从以下几个方面了解流程：①反应物是什么；②发生了什么反应；③该反应造成了什么后果，对制造产品有什么作用。抓住一个关键点：一切反应或操作都是为获得产品而服务。