Question

【題目】2019年6月5日美國商務部表示，美方將采取“空前行動”，確保對科技業和軍方極其關鍵的戰略性礦物及稀土供應無虞。我國稀土出口量世界第一。以氟碳鈰礦（主要含CeFCO3，少量其他稀土鹽LnFCO3、非稀土元素Fe、Al、Mg和SiO2等）為原料制備CeO2的一種工藝流程如圖所示：

（1）“氧化焙燒”前需將礦石粉碎成細顆粒，其目的是_________________________________。“氧化焙燒”時，CeFCO3和其他稀土鹽LnFCO3分別轉化為CeO2和Ln2O3，請寫出生成的CeO2化學方程式為：________________________。

（2）“氯化”過程的目的是將CeO2和Ln2O3分別轉化為可溶性的CeCl3和LnCl3，除去Fe2O3、Al2O3、MgO、SiO2等雜質。若溶液中c(Ce3+)=0.01mol/L，為確保不析出Ce(OH)3沉淀，則溶液的pH________（填pH的范圍）。（已知Ksp[Ce(OH)3=1.0×10-20]）

（3）CeO2和Ln2O3混合物中加入稀鹽酸，Ln2O3溶解生成LnOCl的化學方程式為：___________________________________________________。

（4）化工生產條件的選擇：

①“氯化”條件的選擇

將氧化焙燒后氟碳鈰礦和氯化銨按1:3、1:4、1:5、1:6、1:7質量比混合，在325℃下真空焙燒60min。稀土礦氧化物轉化成稀土氯化物的氯化率如圖所示：

氧化焙燒后氟碳鈰礦和氯化銨的最佳質量比為________。

②“氧化”條件的選擇

氧化過程中，反應溫度、反應時間對混合稀土氯化物氧化率的關系如圖所示：

最佳溫度和時間是_________，原因是_________________________________________。

（5）取上述流程中得到的CeO2產品0.4500g，加硫酸溶解后，用0.1000molL-1FeSO4標準溶液滴定至終點時（鈰被還原為Ce3+，其它雜質均不反應），消耗25.00mL標準溶液．該產品中CeO2的質量分數為___________。

Answer 1

【答案】增大固體和氧氣的接觸面積，反應更充分 4CeFCO3+2Na2CO3+O2 高溫4CeO2+4NaF+6CO2 ≤8 Ln2O3+2HCl=2LnOCl+H2O 1:6 550℃ 1.0h 該條件下，氧化率高（接近100%），產率高，溫度相對較低，節約能源，時間較短，經濟效益好。 95.56%

【解析】

氟碳鈰礦與碳酸鈉和空氣加熱過程中，分解產生二氧化碳，氟化鈉和CeO2和Ln2O3等固體混合，加入氯化銨后，轉化為可溶性的CeCl3和LnCl3，除去Fe2O3、Al2O3、MgO、SiO2等雜質，經過氧化后再次回歸CeO2和Ln2O3，用鹽酸處理獲得產品。

（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。“氧化焙燒”時，CeFCO3和其他稀土鹽LnFCO3分別轉化為CeO2和Ln2O3，根據氧化還原反應可知，方程式為4CeFCO3+2Na2CO3+O2 高溫4CeO2+4NaF+6CO2。

（2）Ksp[Ce(OH)3]=c(Ce3+)c3(OH-)=1.0×10-20，若溶液中c(Ce3+)=0.01mol/L，若恰好不析出Ce(OH)3沉淀，，即，則確保不析出沉淀，溶液的pH≤8。

（3）CeO2和Ln2O3混合物中加入稀鹽酸，Ln2O3溶解生成LnOCl，根據原子守恒原理，化學方程式為：Ln2O3+2HCl=2LnOCl+H2O。

（4）化工生產條件的選擇：

①由圖可知，氧化焙燒后氟碳鈰礦和氯化銨的最佳質量比為1:6。

②由圖可知，最佳溫度和時間是550℃，1.0h，原因是該條件下，氧化率高（接近100%），產率高，溫度相對較低，節約能源，時間較短，經濟效益好。。

（5）取上述流程中得到的CeO2產品0.4500g，加硫酸溶解后，用0.1000molL-1FeSO4標準溶液滴定至終點，反應為CeO2+Fe2++4H+= Ce3++Fe3++2H2O，消耗25.00mL標準溶液．即反應消耗了CeO2的物質的量為0.0025mol，質量為0.43g，該產品中CeO2的質量分數為。