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[CeSOa4]2+;

ii.在硫酸體系中Ce4+能被萃取劑[(HA)2]萃取，而Ce3+不能

iii.常溫下,Ce2(CO3)3飽和溶液濃度為1.0×10-6mol/L。請回答下列問題:

（1）鈰的原子序數是58，它在元素周期表的位置是_________________________。

（2）“氧化焙燒”過程中可以加快反應速率和提高原料利用率的方法是____________________、_________________(寫出2種即可)。

（3）“氧化焙燒”產物CeO2與稀H2SO4反應的離子方程式為________________。浸出的過程中常加入適量的Na2SO4濃溶液，其作用是_____________________________。

（4）“萃取”時存在反應:Ce4++n(HA)2Ce(H2n-4A2n)+4H+。萃取后水層中還存在的含鈰元素的微粒主要是__________，經處理后可循環使用。

（5）“反萃取”中加H2O2的主要反應離子方程式為_______________________。在“反萃取”后所得水層中加入1.0mol/L的NH4HCO3溶液，產生Ce2(CO3)3沉淀，當Ce3+沉淀完全時[c(Ce3+)=1×10-5mol/L]，溶液中c(CO32-)約為______________。

（6）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↑(0≤x≤0.25)的循環。請寫出CeO2消除CO尾氣的化學方程式_____________________________。

Answer 1

【答案】 第六周期 III B族 礦石粉碎成細小顆粒 通入大量空氣 CeO2+4H++SO42-[CeSO4]2++H2O 增大c(SO42-)，以提高[CeSO4]2+的浸出率 [CeSO4]2+、Ce4+ 2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+ 1×10-6mol/L 2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2

【解析】（1）根據稀有氣體氙的原子序數為54，位于第5周期0族，因此下推一個周期，即第6周期，第IA族，IIA族，原子序數分別為55、56，接下來為鑭系，57-71之間，位于第六周期、III B族；所以鈰的原子序數是58，位于第六周期、III B族；正確答案：第六周期、III B族。

（2）“氧化焙燒”過程中可以加快反應速率和提高原料利用率的方法是礦石粉碎成細小顆粒、通入大量空氣等；正確答案：礦石粉碎成細小顆粒、通入大量空氣。

（3）由題意Ce4+能與SO42-結合成[CeSO4]2+，則“氧化焙燒”產物CeO2與稀H2SO4反應的離子方程式為CeO2+4H++SO42-[CeSO4]2++H2O；正確答案：CeO2+4H++SO42-[CeSO4]2++H2O 。隨著溶液中c(SO42-)增大，水層中Ce4+與SO42-結合成[CeSO4]2+,導致萃取平衡向生成[CeSO4]2+方向移動，以提高[CeSO4]2+的浸出率；正確答案：CeO2+4H++SO42-[CeSO4]2++H2O；增大c(SO42-)，以提高[CeSO4]2+的浸出率。

（4）“萃取”時存在反應：Ce4++n(HA)2Ce(H2n-4A2n)+4H+，該反應為可逆反應，萃取后水層中還存在的含鈰元素的微粒主要是[CeSO4]2+、Ce4+，經處理后可循環使用；正確答案：[CeSO4]2+、Ce4+。

（5）根據流程圖，“反萃取”中加H2O2后Ce4+轉化為Ce3+，說明H2O2作還原劑，被Ce4+氧化生成氧氣，反應的離子方程式為：2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+ ；由題意可知，常溫下，Ce2(CO3)3飽和溶液濃度為1.0×10-6mol·L-1，則Ksp[Ce2(CO3)3]=(210-6)2(310-6)3=1.0810-28，當Ce3+沉淀完全時[c(Ce3+)=1×10-5mol·L-1]，溶液中c(CO32-)為110-6mol/L；正確答案：2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+ ；1×10-6mol/L。

（6）CeO2消除CO尾氣的過程中，CO是還原劑被CeO2氧化為CO2，CeO2作氧化劑，被CO還原為CeO2(1-x)，反應的化學方程式為：2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2；正確答案：2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2。