Question

【題目】二氧化鈰(CeO2)是一種重要的稀土化合物，汽車尾氣用稀土/鈀三效催化劑處理，不僅可以降低催化劑的成本，還可以提高催化效能。以氟碳鈰礦(主要成分為CeCO3F)為原料制備CeO2的一種工藝流程如下:

已知i.Ce4+能與F-結合成CeFx(4-x)+，也能與SO42-結合成(CeSO4)2+；

ⅱ.在硫酸體系中Ce4+能被萃取劑[(HA)2]萃取:Ce4++n(HA)2CeH2n-4A2n)+4H+，而Ce3+則不能。

回答下列問題:

（1）CeCO3F中鈰元素的化合價為_____，“氧化焙燒”過程中可以加快反應速率的方法是_____(答出兩點即可)。

（2）“萃取”時，選用(HA)2作為萃取劑，(HA)2需滿足的條件是________；“萃取”后的水層中含有的主要陰離子是________。

（3）“反萃取”時加入H2SO4的作用是__________；加入H2O2的作用是_______(結合離子方程式說明)

（4）浸渣經處理可得Ce(BF4)3，在KCl溶液中加入Ce(BF4)3，發生如下反應:Ce(BF4)3(s)+3K+(aq)3KBF4(s)+Ce3+(aq)

一定溫度時，Ce(BF4)3、KBF4的Ksp分別為a、b，若上述反應體系中K+的物質的量濃度為cmol/L，則Ce3+的物質的量濃度為______mol/L。

Answer 1

【答案】 +3 將礦石粉碎，增大接觸面積；提高焙燒溫度；增大氧氣（或空氣）濃度 (HA)2不溶于水，且與水不反應 F-、SO42- 增大平衡體系Ce4++n(HA)2Ce(H2n-4A2n)+4H+中c(H+)，同時SO42-與Ce4+結合生成(CeSO4)2+，促使平衡逆向移動，有利于“反萃取”的進行[或：增大平衡體系(CeSO4)2++n(HA)2Ce(H2n-4A2n)+4H++ SO42-中c(H+)和c(SO42-)，促使平衡逆向移動，有利于“反萃取”的進行] 將+4價鈰還原成+3價鈰：2(CeSO4)2++H2O2=2Ce3++2SO42-+2H++O2↑（或2Ce4++H2O2=2Ce3++2H++O2↑），Ce3+不能被萃取，有利于Ce3+進入水層而分離 ac3/b3

【解析】（1）CeCO3F中C元素+4價，O元素-2價，F元素-1價，根據化合價代數和為零的原則，得出鈰元素的化合價為+3價；“氧化焙燒”過程中加快反應速率的方法有：將將礦石粉碎，增大接觸面積；適當提高焙燒溫度；增大氧氣（或空氣）濃度；

（2）利用溶質在兩種互不相溶的溶劑中溶解度不同，使一種溶質從一種溶劑內轉移到另外一種溶劑中的過程，選用(HA)2作為萃取劑，(HA)2需滿足的條件是：(HA)2不溶于水，且與水不反應，Ce4+易溶于(HA)2；氧化焙燒過程中CO32-生成CO2氣體，所以“萃取”后的水層中含有的主要陰離子是：F-、SO42-；

（3）根據信息：Ce4+能與SO42-結合成(CeSO4)2+，在硫酸體系中Ce4+能被萃取劑[(HA)2]萃取，發生如下反應 (CeSO4)2++n(HA)2Ce(H2n-4A2n)+4H++ SO42-，該反應是可逆反應，

所以，加入H2SO4，c(H+)和c(SO42-)都增加，促使平衡逆向移動，有利于“反萃取”的進行，因此：“反萃取”時加入H2SO4的作用是：促使平衡逆向移動，有利于“反萃取”的進行；加入H2SO4以后，Ce4+的離子濃度增大，題干中需要Ce3+，加入H2O2可以將+4價鈰還原成+3價鈰，即：2Ce4++H2O2=2Ce3++2H++O2↑，根據信息：在硫酸體系中Ce3+不能被(HA)2萃取進入有機層，有利于Ce3+進入水層而分離，所以加入H2O2的作用是：將+4價鈰還原成+3價鈰Ce3+不能被萃取，有利于Ce3+進入水層而分離；

（4）Ce(BF4)3、KBF4的Ksp表達式分別是：Ksp［Ce(BF4)3］=C（Ce3+）·C3（BF4-）=a，Ksp［KBF4］=C（K+）·C（BF4-）=b，C（K+）=cmol/L，C（BF4-）=b/c， C（Ce3+）=ac3/b3