铈(Ce)是一种重要的稀土金属元素,常见化合价为+3和+4,在工业上应用广泛。某课题组以回收废旧的电脑显示屏的玻璃粉(含SiO2、CeO2、Fe2O3、和FeO等)为原料,设如下工艺流程回收CeO2,并获得硫酸铁铵晶体[Fe2(SO4)3•2(NH4)2SO4•3H2O]
已知:①CeO2不溶于稀硫酸,也不溶于NaOH溶液;②酸浸时CeO2不反应;③“反应I”所得溶液中含有Ce3+。
试回答下列问题
(1)“滤渣”的化学式为______。
(2)在酸性条件下,H2O2、Fe3+、CeO2三种物质中,氧化性最强的是______;如将稀硫酸改为盐酸,则“酸浸”过程可能产生的大气污染物是______。
(3)“反应Ⅰ”的离子方程式为______。
(4)“氧化”反应的化学方程式为______。
(5)“操作Ⅰ”依次为:低温蒸发结晶、过滤、______常温晾干等操作。所得硫酸铁铵常用作净水剂,在去除酸性废水中的悬浮物时效率降低,原因是______。
(6)科学家利用CeO2在太阳能作用下将H2O、CO2转化成H2、CO,其过程如下:mCeO2(m-x)CeO2•xCe+xO2,
(m-x)CeO2•xCe+xH2O+xCOmCeO2+xH2+xCO。在该总转化过程中,CeO2作______,从能量转化的角度,该过程的重要意义是______。
【答案】SiO2 CeO2 Cl2 2CeO2+H2O2+6H+=2Ce2++O2↑+4H2O 4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4 洗涤 铁离子水解被抑制 催化剂 将太阳能转化为化学能
【解析】(1)SiO2、CeO2不溶于稀硫酸,向酸浸后的滤渣中加入稀硫酸和H2O2,CeO2转化为Ce3+存在于滤液中,则过滤得到的滤渣为二氧化硅,故答案为:SiO2;
(2)在酸性条件下,H2O2、Fe3+、CeO2三种物质中,CeO2和过氧化氢发生氧化还原反应,过氧化氢做还原剂被氧化,过氧化氢氧化亚铁离子生成铁离子,氧化性最强的是CeO2,如将稀硫酸改为盐酸,则“酸浸”过程氯离子被氧化生成氯气,可能产生的大气污染物是Cl2,故答案为:CeO2;Cl2;
(3)反应“I”是CeO2转化为Ce3+存在于滤液中,反应为2CeO2+H2O2+3H2SO4=Ce2(SO4)3+O2↑+4H2O,反应的离子方程式:2CeO2+H2O2+6H+=2Ce2++O2↑+4H2O,故答案为:2CeO2+H2O2+6H+=2Ce2++O2↑+4H2O;
(4)利用氧气将Ce从+3氧化为+4后Ce(OH)3转化为沉淀Ce(OH)4,“氧化”反应的化学方程式为:4Ce(OH)3+O2+2H2O═4Ce(OH)4, 故答案为:4Ce(OH)3+O2+2H2O═4Ce(OH)4;
(5)“操作“Ⅰ”依次为:低温蒸发结晶、过滤、洗涤、常温晾干等操作,所得硫酸铁铵常用作净水剂,在去除酸性废水中的悬浮物时效率降低,原因是铁离子水解被抑制, 故答案为:洗涤;铁离子水解被抑制;
(6)通过太阳能实现总反应H2O+CO2→H2+CO+O2可知:CeO2没有消耗,CeO2为催化剂,该过程中在太阳能作用下将H2O、CO2转变为H2、CO,所以把太阳能转变成化学能,故答案为:催化剂;将太阳能转化为化学能。
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