Question

【題目】二氧化鈰(CeO2)是一種重要的稀土化合物。以氟碳鈰礦(主要含CeFCO3)為原料制備 CeO2的一種工藝流程如下：

已知：①Ce4+能與F-結合成[CeFx](4-x)+，也能與SO42-結合成[CeSO4]2+；

②在硫酸體系中Ce4+能被萃取劑[(HA)2 ]萃取，而Ce3+不能。

回答下列問題：

（1）“氧化焙燒”前需將礦石粉碎成細顆粒，其目的是_____________。

（2）“酸浸”中會產生大量黃綠色氣體，寫出CeO2與鹽酸反應的離子方程式：____________；為避免產生上述污染，請提出一種解決方案：_____________。

（3）“萃取”時存在反應：Ce4+ +n(HA)2Ce·(H2n-4A2n)+4H+。實驗室中萃取時用到的主要玻璃儀器名稱為____________；下圖中D時分配比，表示Ce(Ⅳ)分別在有機層中與水層中存在形式的物質的量濃度之比()。保持其它條件不變，在起始料液中加入不同量的Na2SO4以改變水層中的c(SO42-)，D隨起始料液中c(SO42-)變化的原因：__________。

（4）“反萃取”中，在稀硫酸和H2O2的作用下CeO2轉化為Ce3+。H2O2在該反應中作_________(填“催化劑”“氧化劑”或“還原劑”)，每有1molH2O2參加反應，轉移電子的物質的量為__________。

（5）“氧化”步驟的化學方程式為_____________。

（6）取上述流程中得到的CeO2產品0.4500 g，加硫酸溶解后，用0.1000mol/LFeSO4標準溶液滴定至終點時(鈰被還原為Ce3+，其他雜質均不反應)，消耗25.00 mL標準溶液。該產品中CeO2的質量分數為_________。

Answer 1

【答案】（1）增大固體與氣體的接觸面積，增大反應速率；提高原料的利用率。（2分）

（2）2CeO2+2C1-+8H+＝2Ce3++Cl2↑+4H2O；(2分）將HC1(鹽酸)改用H2SO4酸浸（1分）

（3）分液漏斗（1分）隨著c(SO42-)增大，水層中Ce4+被SO42-結合成[CeSO4]2+，導致萃取平衡向生牛成[CeSO4]2+移動，D迅速減小，(2分）（4）還原劑（1分）；2mol（1分）；

（5）2C(OH)3+NaClO+H2O＝2Ce(OH)4+NaCl（2分）（6）95.56%(2分）

【解析】

試題分析：氟碳鈰礦（主要含CeFCO3），“氧化焙燒”的目的是將+3價鈰氧化成+4價，Ce4+能與F-結合成[CeFx](4-x)+，以便后續的提取，加稀硫酸，與SO42-結合成[CeSO4]2+，加萃取劑，氟洗液，硫酸體系中Ce4+能被萃取劑[(HA)2]萃取，而Ce3+不能，加“反萃取”加H2O2，又將Ce4+還原為Ce3+，發生反應2Ce4++H2O2＝2Ce3++O2↑+2H+，加入堿后Ce3+轉化為沉淀，通入氧氣講Ce從+3氧化為+4，得到產品；

（1）“氧化焙燒”前需將礦石粉碎成細顆粒，其目的是增大固體和氧氣的接觸面積，反應更充分；

（2）“酸浸”中會產生大量黃綠色氣體應為氯氣，CeO2與鹽酸發生氧化還原反應生成Ce3+和氯氣，反應的離子方程式為2CeO2 +2C1-+8H+＝2Ce3+ +Cl2↑+4H2O，可以用硫酸代替鹽酸而避免產生氯氣污染；

（3）實驗室中萃取時用到的主要玻璃儀器名稱為分液漏斗，根據平衡：Ce4+ +n(HA)2Ce·(H2n-4A2n)+4H+，加入Na2SO4時，隨著c（SO42-）增大，水層中Ce4+被SO42-結合成[CeSO4]2+，導致萃取平衡向左移動，D迅速減小；

（4）“反萃取”加H2O2的作用是將Ce4+離子重新還原為Ce3+，反應的離子方程式為2Ce4++H2O2＝2Ce3++O2↑+2H+，H2O2在該反應中作還原劑，每有1mol H2O2參加反應，轉移電子的物質的量為2mol；

（5）“氧化”步驟中用次氯酸鈉將Ce3+氧化成Ce4+，反應的化學方程式為2C(OH)3 + NaClO +H2O＝2Ce(OH)4 + NaCl；

（6）FeSO4的物質的量為0.1000molL-1×0.025L=0.0025mol，根據電子得失守恒可得關系式CeO2～FeSO4，所以CeO2的質量為0.0025×172g=0.4300g，產品中CeO2的質量分數為0.4300g/0.4500g×100%=95.60%。