Question

【題目】中國的稀土資源十分豐富，有開采價值的儲量居世界第一。某實驗小組擬利用含鋁、硅、鐵等雜質的氟碳缽礦(主要成分為CeFCO3)制備三氯化鈰，設計如圖所示流程：

已知：①Ce2O3在加熱條件下能被氧氣氧化，生成難溶于水、具有強氧化性的CeO2。

②M(CeCl3)=246.5g/mol，在水溶液中Ce4+能被還原成Ce3+。

③0.1mol·L-1金屬陽離子形成氫氧化物沉淀的pH如下：

金屬陽離子	Fe3+	Ce3+	Al3+
開始沉淀的pH	1.5	7.6	3.4
沉淀完全的pH	2.8	9.4	4.7

回答下列問題：

(1)氟碳鈰礦中鈰的化合價為______，濾渣1的化學式為__________。

(2)焙燒氟碳鈰礦生成CeO3的化學方程式是____________。

(3)酸浸時產生氣體2的離子反應方程式是_______。

(4)為將鋁、鐵以濾渣2除去，用NH3·H2O調節酸浸后溶液的pH最大不能超過______。

(5)將沉鈰得到的Ce2(CO3)3·nH2O洗滌干凈后繼續進行操作I，簡述如何證明Ce2(CO3)3·nH2O已經洗滌干凈________。

(6)操作I是將得到的Ce2(CO3)3·nH2O加鹽酸至沉淀完全溶解，先經過蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到CeCl3·7H2O，再將該晶體與NH4Cl固體隔絕空氣共熱，得到無水CeCl3。其中，NH4Cl的作用是___________。

(7)產品純度測定：準確稱取CeCl3產品0.3750g于錐形瓶中，加入合適的氧化劑將Ce3+恰好完全氧化為Ce4+，再用0.1000mol/L的(NH4)2Fe(SO4)2 標準溶液滴定至終點，重復3次實驗，標準液的消耗體積分別為12.48mL、12.50mL、12.52mL。求該樣品的質量分數為_______(保留1位小數)。

Answer 1

【答案】+3 H2SiO3 4CeFCO3+2Na2CO3+O24NaF+4CeO2+6CO2 2CeO2+8H++2Cl-=2Ce3++Cl2↑+4H2O 7.6 取少量最后一次洗滌液于試管中，滴入稀HNO3、AgNO，若無白色沉淀產生，則已洗滌干凈 NH4Cl受熱分解生成HCl，抑制Ce3+的水解 82.2%

【解析】

(1)根據化合價代數和為零進行分析；(2)據流程及題干信息分析；(3)類比MnO2與濃鹽酸的反應答題；(5)篩選溶液中存在少量均易檢出的Cl-證明；(6)利用水解反應原理解答；(7)取I平均值12.50mL進行計算。

(1)由氟碳缽礦的主要成分為CeFCO3，根據化合價代數和為零，F為-1價，CO32-為-2價，所以氟碳鈰礦中鈰的化合價為+3；因為含氟碳缽礦主要成分為CeFCO3，含有雜質鋁、硅、鐵等，根據框圖可知鋁、鐵氧化物能溶于酸，而硅酸鹽遇酸會形成難溶于水的H2SiO3,所以濾渣1為硅酸，其化學式為H2SiO3。故答案：+3；H2SiO3；

(2)焙燒氟碳鈰CeFCO3會和Na2CO3、O2反應生成CeO3和NaF、CO2，其化學方程式是4CeFCO3+2Na2CO3+O24NaF+4CeO2+6CO2，故答案：4CeFCO3+2Na2CO3+O24NaF+4CeO2+6CO2；

(3)CeO2在酸性條件下具有強氧化性，可以氧化Cl-為氯氣，其反應的離子方程式為2CeO2+8H++2Cl-=2Ce3++Cl2↑+4H2O，故答案：2CeO2+8H++2Cl-=2Ce3++Cl2↑+4H2O；

(4)因為pH=2.8時，氫氧化鐵沉淀完全，pH=4.7時氫氧化鋁沉淀完全，pH=7.6時Ce(OH)3開始沉淀，所以為將鋁、鐵以濾渣2除去，用NH3·H2O調節酸浸后溶液的pH最大不能超過7.6，故答案：7.6；

(5)因為操作I加入了鹽酸和氯化銨，所以要判斷Ce2(CO3)3·nH2O是否已經洗滌干凈的方法：取少量最后一次洗滌液于試管中，滴入稀HNO3、AgNO，若無白色沉淀產生，則已洗滌干凈，故答案：取少量最后一次洗滌液于試管中，滴入稀HNO3、AgNO，若無白色沉淀產生，則已洗滌干凈；

(6)NH4Cl不穩定，加熱會分解生成氯化氫，Ce3+易水解生成Ce(OH)3，所以加NH4Cl的作用是受熱分解生成HCl，抑制Ce3+的水解，故答案：NH4Cl受熱分解生成HCl，抑制Ce3+的水解；

(7)標準液的消耗體積分別為12.48mL、12.50mL、12.52mL的平均值為12.50mL，根據Ce4++ Fe2+= Ce3++ Fe3+，所以n(Ce4+)=n( Fe2+)=12.5010-3 L=1.25010-3mol，所以該樣品的質量分數=100%=82.2%。