Question

【題目】稀土是一種重要的戰略資源。氟碳鈰礦主要化學成分為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：i．鈰的常見化合價為+3、+4。焙燒后鈰元素轉化成CeO2和CeF4。四價鈰不易進入溶液，而三價稀土元素易進入溶液。

ii．酸浸II中發生反應：9CeO2+3CeF4+45HCl+3H3BO3=Ce(BF4)3↓+11CeCl3+6Cl2↑+27H2O

請回答下列問題：

（1）①焙燒氟碳鈰礦的目的是_______。

②焙燒后產生的CeO2是汽車尾氣凈化催化劑的關鍵成分，它能在還原氣氛中供氧，在氧化氣氛中耗氧。在尾氣消除過程中發生著CeO2CeO2(1-x)+xO2↑的循環。寫出CeO2消除CO尾氣的化學方程式：________。

（2）在酸浸I中用鹽酸浸出時，有少量鈰進入濾液，且產生黃綠色氣體。少量鈰進入稀土溶液發生反應的離子方程式是________。

（3）向Ce(BF4)3中加入KCl溶液的目的是______。

（4）操作I的名稱為_______，在實驗室中進行操作II時所需要的硅酸鹽儀器有_______。

（5）“操作I”后，向溶液中加入NaOH溶液來調節溶液的pH，以獲得Ce(OH)3沉淀，常溫下加入NaOH調節溶液的pH應大于________即可認為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產品5.000g，加酸溶解后，向其中加入含0.03300mol FeSO4的FeSO4溶液使Ce4+全部被還原成Ce3+，再用0.1000mol·L-1的酸性KMnO4標準溶液滴定至終點時，消耗20.00mL標準溶液。則該產品中Ce(OH)4的質量分數為______(已知氧化性：Ce4+＞KMnO4；Ce(OH)4的相對分子質量為208，保留3位有效數字)。

（7）在酸性條件下電解Ce2O3制備Ce(SO4)2（如下圖），陽極電極反應式_______。

Answer 1

【答案】將鈰氧化為四價便于與其他稀土元素分離 2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2 8H++2Cl-+2CeO2=2Ce3++Cl2↑+4H2O 避免Ce3+以Ce(BF4)3形式沉淀而損失（或將Ce3+全部轉化為CeCl3，提高產率） 過濾 燒杯、分液漏斗 9 95.7% Ce2O3 +6H+ -2e- = 2Ce4++3H2O

【解析】

根據題意可知，本題考查氟碳鈰礦的冶煉工藝流程，運用氧化還原反應化合價變化規律、離子方程式書寫步驟、除雜步驟方法分析。

（1）①通過焙燒氟碳鈰礦，可將鈰氧化為四價，便于與其他稀土元素分離，

故答案為：將鈰氧化為四價便于與其他稀土元素分離；

②尾氣消除過程中發生著CeO2CeO2（1x）+xO2↑(0≤x≤0.25)的循環，可知CeO2具有氧化性，可氧化CO生成CO2，則CeO2消除CO尾氣的化學方程式為2xCO+CeO2＝CeO2（1x）+2xCO2，

故答案為：2xCO+CeO2＝CeO2（1x）+2xCO2；

（2）在酸浸I中用鹽酸溶解CeO2，有少量鈰進入濾液，可知有Ce3+生成，且產生黃綠色氣體，此氣體為Cl2，則此時發生反應的離子方程式是8H++2Cl-+2CeO2=2Ce3++Cl2↑+4H2O，

故答案為：8H++2Cl-+2CeO2=2Ce3++Cl2↑+4H2O；

（3）向Ce(BF4)3中加入KCl溶液生成CeCl3和KBF，這樣做的目的是避免三價鈰以Ce(BF4)3沉淀的形式損失或除去BF4或提高CeCl3的產率，

故答案為：避免Ce3+以Ce(BF4)3形式沉淀而損失（或將Ce3+全部轉化為CeCl3，提高產率）；

（4）操作I為固液分離，應選擇過濾操作；操作II為萃取，則所需要的硅酸鹽儀器有分液漏斗、燒杯，

故答案為：過濾；分液漏斗、燒杯；

（5）溶液中的c(Ce3+)等于1×105molL1，可認為Ce3+沉淀完全，根據KSP[Ce(OH)3]＝c(Ce3+)c3(OH)＝1×1020可知，，此時溶液的PH為9，即加入NaOH 調節溶液的pH 應大于9，即可認為Ce3+已完全沉淀，

故答案為：9；

（6）用0.1000molL1的酸性KMnO4標準溶液滴定至終點時，消耗20.00mL標準溶液，主要是氧化溶液中剩余的Fe2+，根據電子守恒剩余Fe2+的物質的量為，則還原Ce4+消耗的Fe2+的物質的量為0.03300mol0.01mol＝0.02300mol，根據Ce4++Fe2+＝Fe3++Ce3+，則Ce4+的物質的量為0.02300mol，該產品中Ce(OH)4的質量分數為，

故答案為：95.7；

（7）在酸性條件下電解Ce2O3制備Ce(SO4)2，陽極是Ce2O3發生氧化反應變為Ce(SO4)2，因此陽極電極反應式Ce2O3 +6H+ -2e- = 2Ce4++3H2O，

故答案為：Ce2O3 +6H+ -2e- = 2Ce4++3H2O。