Question

【題目】氟碳鈰礦(主要成分為CeFCO3)是提取稀土化合物、冶煉鈰的重要礦物原料，根據如圖以氟碳鈰礦為原料提取鈰的工藝流程圖，回答問題：

(1)CeFCO3中Ce的化合價為_____；氧化焙燒時不能使用陶瓷容器，原因是______。

(2)氧化焙燒后的產物之一為CeO2，則酸浸時發生反應的離子方程式為_________。

(3)HT是一種難溶于水的有機溶劑，則操作I的名稱為________。

(4)為了提高酸浸率，可以適當提高反應溫度，但溫度偏高浸出率反而會減小，其原因是__________。

(5)已知有機物HT能將Ce3+從水溶液中萃取出來，該過程可表示為：Ce3+(水層)+3HT(有機層)CeT3(有機層)+3H+(水層)。向CeT3(有機層)中加入稀硫酸能獲得較純的含Ce3+水溶液，從平衡角度解釋其原因：________。

(6)寫出向Ce(OH)3懸濁液中通入氧氣得到產品Ce(OH)4的化學方程式：________。

(7)298K時，向c(Ce3+)=0.02 mol/L的溶液中加入氫氧化鈉來調節溶液的pH，若反應后溶液pH=10，此時Ce3+是否沉淀完全？______。（要求列式計算，已知：Ksp[Ce(OH)3]=1.0×10-20，c(Ce3+)<1.0×10-5 mol/L視為沉淀完全）。

Answer 1

【答案】+3 陶瓷會與生成的HF反應 2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O 分液 溫度升高，雙氧水發生分解，造成浸出率偏小 向混合液中加入稀硫酸，使c(H+)增大，平衡向生成Ce3+水溶液方向移動 4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4 是

【解析】

氟碳鈰礦主要化學成分為CeFCO3，由流程可知，氧化焙燒生成二氧化碳、HF氣體及CeO2，再加稀硫酸、過氧化氫，發生氧化還原反應：2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O，溶液中加入萃取劑HT，操作I為分液將溶液中的Ce3+萃取出來，再加入稀硫酸得含有Ce3+的溶液，調節溶液的pH得到Ce(OH)3沉淀，再經過氧氣氧化發生4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4，過濾、洗滌、干燥可得Ce(OH)4產品，以此來解答。

(1)CeFCO3中CO32-整體顯-2價，F顯-1價，根據化合物中正、負化合價代數和為0，可知Ce的價態為+3價；氧化焙燒時不能使用陶瓷容器，這是由于陶瓷容器中含有SiO2，SiO2與HF發生反應：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O，因此在該流程氧化焙燒時不能使用陶瓷容器；

(2)氧化焙燒后的產物之一為CeO2，酸浸時，CeO2與硫酸、H2O2發生氧化還原反應，產生Ce2(SO4)3、O2、H2O，該反應的離子方程式為2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O；

(3)操作I是得到溶液和有機相，是分離互不相容的兩層液體物質，因此操作I的名稱為分液；

(4)酸浸時加入H2O2，H2O2不穩定，在高溫下會發生分解，造成浸出率偏小；

(5)該過程中存在Ce3+(水層)+3HT(有機層)CeT3(有機層)+3H+(水層)，向混合液中加入稀硫酸，使溶液中c(H+)增大，化學平衡逆向移動，即向生成Ce3+水溶液的方向移動，從而能獲得較純的含Ce3+水溶液；

(6)向Ce(OH)3懸濁液中通入氧氣，發生氧化還原反應得到產品Ce(OH)4，該反應的化學方程式為：4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4；

(7)298K時，向c(Ce3+)=0.02 mol/L的溶液中加入NaOH溶液來調節溶液的pH，若反應后溶液pH=10，則c(OH-)=1.0×10-4 mol/L， Ce3+若形成沉淀，c(Ce3+)×c3(OH-)>Ksp[Ce(OH)3]，而此時溶液中c(Ce3+)=mol/L=1.0×10-8 mol/L<1.0×10-5 mol/L，因此Ce3+沉淀完全。