《2025年高中总复习优化设计高中化学》

2. (2024·广西北海模拟)硫酸铈铵[(NH₄)₂Ce(SO₄)₃]微溶于水，不溶于乙醇，溶于无机酸，可用作分析试剂、氧化剂。某工厂用碳酸铈[Ce₂(CO₃)₃]矿石制备硫酸铈铵的工艺流程如图：

已知：①Kₛₚ[Ce(OH)₄]=2×10⁻⁴⁸。
②硫酸铈铵的熔点为 130℃，沸点为 330℃。
回答下列问题：
(1) (NH₄)₂Ce(SO₄)₃中铈元素的化合价为+4价。
(2) 步骤一中，先将 Ce₂(CO₃)₃矿石粉碎，目的是____。
(3) 步骤二中，反应温度需要控制在 0～30℃，原因是____。反应完全后，要将混合物升温至 90℃，目的是____。
(4) 步骤二中，Ce₂(SO₄)₃与 H₂O₂、NH₃·H₂O 反应生成 Ce(OH)₄的化学方程式为____。
(5) 步骤三反应完全后的溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，得到晶体。最后用乙醇洗涤 2～3 次后，得到高纯硫酸铈铵晶体。
(6) 若最初称取一定量的碳酸铈矿石，其中含 Ce₂(CO₃)₃ 4.60 kg，经该工艺流程最终获得 5.62 kg (NH₄)₂Ce(SO₄)₃晶体，则(NH₄)₂Ce(SO₄)₃的产率为60.6%(保留三位有效数字)。

答案：
(1)+4价
(2)增大溶解过程中固体与稀硫酸的接触面积，加快溶解速率
(3)温度过高会导致过氧化氢分解、氨水挥发除去过量的过氧化氢
(4)Ce₂(SO₄)₃+H₂O₂+6NH₃·H₂O=2Ce(OH)₃↓+3(NH₄)₂SO₄
(5)蒸发浓缩冷却结晶乙醇
(6)60.6%
解析碳酸铈[Ce₂(CO₃)₃]矿石用硫酸浸取，Ce³⁺进入溶液，加入过氧化氢将三价铈氧化为四价铈，加入氨水升温至90℃得到Ce(OH)₄悬浊液，加入硫酸、硫酸铵得到硫酸铈铵晶体。
(1)(NH₄)₂Ce(SO₄)₃中铵根、硫酸根化合价分别为+1、-2价，根据化合价代数和为零，可知铈元素的化合价为+4价。
(2)将Ce₂(CO₃)₃矿石粉碎，目的是增大溶解过程中固体与稀硫酸的接触面积，加快溶解速率，提高浸取效率。
(3)过氧化氢不稳定、氨水易挥发，反应温度需要控制在0～30℃，原因是温度过高会导致过氧化氢分解、氨水挥发；反应完全后，要将混合物升温至90℃，目的是使过氧化氢分解为水和氧气，除去过量的过氧化氢。
(4)Ce₂(SO₄)₃与H₂O₂、NH₃·H₂O反应生成Ce(OH)₃，反应中Ce化合价由+3价变为+4价、过氧化氢中氧化合价由-1价变为-2价，结合电子守恒、质量守恒可知，化学方程式为Ce₂(SO₄)₃+H₂O₂+6NH₃·H₂O=2Ce(OH)₃↓+3(NH₄)₂SO₄。
(5)步骤三反应完全后的溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，得到晶体。硫酸铈铵微溶于水，不溶于乙醇，故最后用乙醇洗涤2～3次后，得到高纯硫酸铈铵晶体。
(6)由Ce守恒可知，Ce₂(CO₃)₃～2(NH₄)₂Ce(SO₄)₃，则(NH₄)₂Ce(SO₄)₃的产率为4.60×10³g/(460g·mol⁻¹×2×464g·mol⁻¹)×5.62×10³g×100%≈60.6%。

3. (2024·陕西渭南模拟)工业废水任意排放，会造成环境污染。“协同去污，变废为宝”为处理工业废水提供了新思路。电镀厂产生大量含 FeSO₄、CuSO₄的电镀废液，皮革厂产生大量含 K₂Cr₂O₇的废液。两厂联合处理废水，回收 Cu 并生产铁红和媒染剂 Cr₂(SO₄)₃·6H₂O，工艺流程如图：

(1) K₂Cr₂O₇中 Cr 元素的化合价为+6价。
(2) 该工艺中多次用到过滤，过滤时需要的玻璃仪器除烧杯外还有漏斗、玻璃棒。
(3) 滤液可以通入或加入 X 经一步转化为溶液 A，X 可以是下列选项中的____。证明滤液中只含有 Fe²⁺而不含 Fe³⁺的实验方法是____。
A. CO₂
B. O₂
C. Cl₂
D. SO₂
E. H₂O₂
(4) 滤液与含 K₂Cr₂O₇的废液反应的离子方程式为6Fe²⁺+Cr₂O₇²⁻+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O。
(5) 从 Cr₂(SO₄)₃溶液制取 Cr₂(SO₄)₃·6H₂O 晶体的实验操作方法为蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥。
(6) 已知 Cr(OH)₃化学性质与 Al(OH)₃类似，选择合适的化学试剂，将流程中的 Cr₂(SO₄)₃溶液转化为可用于陶瓷和搪瓷的着色剂 Cr₂O₃，转化过程中发生反应的主要化学方程式为____。

答案：
(1)+6价
(2)漏斗、玻璃棒
(3)BCE先滴加KSCN溶液，不显红色，再滴加氯水后显红色（答案合理即可）
(4)6Fe²⁺+Cr₂O₇²⁻+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O
(5)蒸发浓缩冷却结晶
(6)Cr₂(SO₄)₃+6NH₃·H₂O=2Cr(OH)₃↓+3(NH₄)₂SO₄、2Cr(OH)₃△Cr₂O₃+3H₂O
解析由题给流程可知，向电镀废液中加入过量铁粉，将溶液中铜离子转化为铜，过滤得到含有铜、铁的滤渣和含有硫酸亚铁的滤液；向滤渣中加入过量稀硫酸，将滤渣中的铁转化为硫酸亚铁，过滤得到铜和含有硫酸亚铁的滤液；向混合后的滤液中通入氧气或氯气或加入过氧化氢，将溶液中的亚铁离子氧化得到含有铁离子的溶液A；向滤液中加入重铬酸钾废液，将溶液中的亚铁离子氧化得到含有铁离子和铬离子的溶液B；向溶液B中加入萃取剂萃取、分液得到含有铁离子的有机相和硫酸铬溶液；硫酸铬溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到六水硫酸铬；向有机相中加入稀硫酸反萃取、分液得到可循环使用的萃取剂和含有铁离子的溶液A；向溶液A中加入氢氧化钠溶液，将铁离子转化为氢氧化铁沉淀，过滤得到的氢氧化铁受热分解得到铁红。
(1)由化合价的代数和为0可知，重铬酸钾中铬元素的化合价为+6价。
(2)过滤所需的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒。
(3)由分析可知，溶液A为含有铁离子的溶液，证明滤液中只含有Fe²⁺而不含Fe³⁺的实验方法是先滴加KSCN溶液，不显红色，再滴加氯水后显红色；通入氧气、氯气或过氧化氢，将溶液中的亚铁离子氧化得到含有铁离子的溶液A。
(4)由分析可知，滤液与废液发生的反应为酸性条件下，溶液中亚铁离子与重铬酸根离子反应生成铁离子、铬离子和水，反应的离子方程式为6Fe²⁺+Cr₂O₇²⁻+14H⁺=6Fe³⁺+2Cr³⁺+7H₂O。
(5)由分析可知，制得六水硫酸铬的实验操作方法为硫酸铬溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到六水硫酸铬。
(6)由氢氧化铬的性质与氢氧化铝类似可知，由硫酸铬溶液制备氧化铬的反应为硫酸铬溶液与氨水反应生成氢氧化铬沉淀和硫酸铵，过滤得到的氢氧化铬受热分解生成三氧化二铬和水，反应的化学方程式分别为Cr₂(SO₄)₃+6NH₃·H₂O=2Cr(OH)₃↓+3(NH₄)₂SO₄、2Cr(OH)₃△Cr₂O₃+3H₂O。