Question

【題目】稀土是一種重要的戰(zhàn)略資源。氟碳鈰礦主要化學(xué)成分為CeFCO3，它是提取鈰等稀土元素的重要礦物原料。氟碳鈰礦的冶煉工藝流程如下：

已知：鈰的常見(jiàn)化合價(jià)為＋3、＋4。焙燒后鈰元素轉(zhuǎn)化成CeO2和CeF4。四價(jià)鈰不易進(jìn)入溶液，而三價(jià)稀土元素易進(jìn)入溶液；

酸浸II中發(fā)生反應(yīng)：

9CeO2＋3CeF4＋45HCl＋3H3BO3=Ce（BF4）3↓＋11CeCl3＋6Cl2↑＋27H2O；c（Ce3＋）≤10－5 mol/L 時(shí)，完全沉淀。

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）①焙燒時(shí)先要將氟碳C礦粉碎，目的是 ___________。

②焙燒后產(chǎn)生的CeO2是汽車(chē)尾氣凈化催化劑的關(guān)鍵成分，它能在還原氣氛中供氧，在氧化氣氛中耗氧。在尾氣消除過(guò)程中發(fā)生著CeO2CeO2（1－x）＋xO2↑的循環(huán)。寫(xiě)出CeO2消除CO尾氣的化學(xué)方程式：________。

（2）在酸浸I中用鹽酸浸出時(shí)，有少量鈰進(jìn)入濾液，且產(chǎn)生黃綠色氣體。 少量鈰由CeO2進(jìn)入稀土溶液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是_______。

（3）向Ce（BF4）3中加入KCl溶液的目的是_________。

（4）操作I的名稱(chēng)為_________，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行操作II時(shí)所需要的硅酸鹽儀器有_______。

（5）“操作I”后，向溶液中加入NaOH溶液來(lái)調(diào)節(jié)溶液的pH，以獲得Ce（OH）3沉淀，常溫下加入NaOH調(diào)節(jié)溶液的 pH應(yīng)大于______即可認(rèn)為Ce3＋已完全沉淀。{已知：Ksp[Ce（OH）3]＝1.0 ×10－20}

（6）取上述流程中得到的Ce（OH）4產(chǎn)品5.00g，加酸溶解后，向其中加入含0.033 00 mol FeSO4的FeSO4溶液使Ce4＋全部被還原成Ce3＋，再用0.100 0mol/L的酸性KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)時(shí)，平均消耗20.00 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液。則該產(chǎn)品中Ce（OH）4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為______（保留2位小數(shù)，已知氧化性：Ce4＋ >KMnO4；Ce（OH）4 的相對(duì)分子質(zhì)量為208）

Answer 1

【答案】增大礦物接觸面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率，使鈰更充分的氧化為四價(jià)便于與其他稀土元素分離 2xCO ＋ CeO2 = CeO2(1－x)＋2xCO2↑ 2CeO2 ＋2Cl－＋8H+ = 2Ce3+ + Cl2↑＋4H2O 避免Ce3+以Ce(BF4)3形式沉淀而損失(或?qū)?/span>Ce3+全部轉(zhuǎn)化為CeCl3，提高產(chǎn)率) 過(guò)濾 燒杯、分液漏斗 9 95.68%

【解析】

氟碳鈰礦主要化學(xué)成分為CeFCO3經(jīng)過(guò)煅燒，得到CeO2和CeF4，加入少量稀鹽酸，分離出四價(jià)鈰，再加鹽酸和硼酸反應(yīng)生成Ce(BF4)3和CeCl3，Ce(BF4)3沉淀加氯化鉀轉(zhuǎn)化為更難溶的KBF4和CeCl3溶液，調(diào)節(jié)pH值，再氧化變?yōu)?/span>Ce(OH)4。

⑴①根據(jù)上面分析，焙燒時(shí)先要將氟碳C礦粉碎，目的是增大礦物接觸面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率，使鈰更充分的氧化為四價(jià)便于與其他稀土元素分離；故答案為：增大礦物接觸面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率，使鈰更充分的氧化為四價(jià)便于與其他稀土元素分離。

②在尾氣消除過(guò)程中發(fā)生著CeO2CeO2（1－x）＋xO2↑的循環(huán)，CO和CeO2反應(yīng)生成二氧化碳，因此CeO2消除CO尾氣的化學(xué)方程式：2xCO ＋ CeO2 = CeO2(1－x)＋2xCO2↑；故答案為：2xCO ＋ CeO2 = CeO2(1－x)＋2xCO2↑。

⑵在酸浸I中用鹽酸浸出時(shí)，有少量鈰進(jìn)入濾液，且產(chǎn)生黃綠色氣體。是CeO2與鹽酸反應(yīng)生成三價(jià)鈰、氯氣和水，該反應(yīng)的離子方程式是2CeO2 ＋2Cl－＋8H+ = 2Ce3+ + Cl2↑＋4H2O；故答案為：2CeO2 ＋2Cl－＋8H+ = 2Ce3+ + Cl2↑＋4H2O。

⑶向Ce(BF4)3中加入KCl溶液轉(zhuǎn)化為KBF4和CeCl3，其目的是避免Ce3+以Ce(BF4)3形式沉淀而損失(或?qū)?/span>Ce3+全部轉(zhuǎn)化為CeCl3，提高產(chǎn)率)；故答案為：避免Ce3+以Ce(BF4)3形式沉淀而損失(或?qū)?/span>Ce3+全部轉(zhuǎn)化為CeCl3，提高產(chǎn)率)。

⑷酸浸I，有不溶的難溶物，因此操作I的名稱(chēng)為過(guò)濾，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行操作II是萃取，因此后面是分液，所需要的硅酸鹽儀器有燒杯、分液漏斗；故答案為：過(guò)濾；燒杯、分液漏斗。

⑸，，，因此常溫下加入NaOH調(diào)節(jié)溶液的 pH應(yīng)大于9即可認(rèn)為Ce3＋已完全沉淀；故答案為：9。

⑹取上述流程中得到的Ce(OH)4產(chǎn)品5.00g，根據(jù)氧化性：Ce4＋ >KMnO4；高錳酸鉀氧化剩余亞鐵離子，根據(jù)關(guān)系式5 Fe2＋— MnO4－，高錳酸鉀消耗得亞鐵離子的物質(zhì)的量n(Fe2＋)=5n(MnO4－)=5×0.100 0mol/L×0.02L=0.01mol，根據(jù)Ce4＋ + Fe2＋ = Ce3＋+ Fe3＋，n(Ce4＋)=0.033mol -0.01mol =0.023mol，則該產(chǎn)品中Ce(OH)4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為；故答案為：95.68%。