Question

【題目】二氧化鈰(CeO2)是一種重要的稀士氧化物。以氟碳鈰礦(主要含CeFCO3)為原料制備CeO2的一種工藝流程如下：

已知：①Ce4+能與SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+；

②在硫酸體系中Ce4+能被萃取劑[(HA)2 ]萃取，而Ce3+不能。

（1）焙燒過程中發(fā)生的主要反應(yīng)方程式為____________________________________。

（2）“萃取”時存在反應(yīng)：Ce4+ +n(HA)2Ce·(H2n-4A2n)+4H+。

①實驗室中萃取時用到的主要玻璃儀器為燒杯和__________________。

②右圖中D是分配比，表示Ce(Ⅳ)分別在有機層中與水層中存在形式的物質(zhì)的量濃度之比()。保持其它條件不變，在起始料液中加入不同量的Na2SO4以改變水層中的c(SO42-)，D隨起始料液中c(SO42-)變化的原因：____________________________________ 。

③在D=80的條件下，取20mL含四價鈰總濃度為0. 1mol/L的酸浸液，向其中加入10mL萃取劑(HA)2，充分振蕩，靜置，水層中c(CeSO42+)=_________。 (結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

（3） “反萃取”中，在稀硫酸和H2O2的作用下CeO2轉(zhuǎn)化為Ce3+。H2O2在該反應(yīng)中作用與下列反應(yīng)中H2O2的作用相同的是____________。

A. H2O2和MnO2混合制O2 B.用H2O2處理含酸性K2Cr2O7的廢水

C.H2O2和CaO混合制備CaO2 D.用稀硫酸和H2O2的混合液溶解金屬Cu

（4）溶液中c(Ce3+)等于1.0×10-5mol·L-1，可認為Ce3+沉淀完全，此時溶液的pH為______________，

(已知298K時，Ksp[Ce(OH)3]=1.0×10-20)；“氧化過濾”步驟中氧化過程的離子方程式為 _____________________________________ 。

（5）取上述流程中得到的CeO2產(chǎn)品m g，加硫酸溶解后，加入V1mL a mol/L FeSO4溶液(足量)，使鈰被還原為Ce3+ (其它雜質(zhì)均不反應(yīng)，Ce3+為無色)，用bmol/L的標準酸性KMnO4溶液去滴定過量的FeSO4，消耗標準溶液V2mL，則該產(chǎn)品中CeO2的質(zhì)量分數(shù)為______ %；下列選項可能使測定結(jié)果偏低的是__________。

A.滴定前平視讀數(shù)，滴定終點時仰視讀數(shù)

B.滴定時錐形瓶內(nèi)溶液變紅就立即停止滴定

C.滴定管尖嘴部分滴定前無氣泡，滴定終點有氣泡

Answer 1

【答案】 4CeFCO3+ O2+2Na2CO34 CeO2+ 4NaF+6CO2 分液漏斗 隨著c(SO42-)增大，水層中Ce4+被SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+，導(dǎo)致萃取平衡向生成[CeSO4]2+的方向移動，D迅速減小 2.44×10-3mol/L B 9 2Ce(OH)3+ClO-+H2O=2Ce(OH)4+Cl- 17.2（aV1-5bV2）/m A

【解析】氟碳鈰礦(主要含CeFCO3)，經(jīng)和碳酸鈉焙燒，+3價鈰氧化成+4價，水洗除去NaF，加過量硫酸酸浸，酸浸液中含有Ce4+，加萃取劑，Ce4+被萃取劑[(HA)2]萃取，加反萃取劑，加H2O2，又將Ce4+還原為Ce3+，發(fā)生反應(yīng)4Ce4++H2O2=4Ce3++O2↑+2H+，加堿后Ce3+轉(zhuǎn)化為沉淀，加NaClO將鈰從+3價氧化為+4價，得到產(chǎn)品。結(jié)合以上分析：

（1）焙燒過程中發(fā)生的主要反應(yīng)方程式為4CeFCO3+ O2+2Na2CO34 CeO2+ 4NaF+6CO2。

（2）①萃取時用到的主要玻璃儀器為燒杯和分液漏斗 。

②“萃取”時存在反應(yīng)：Ce4++n(HA)2Ce·(H2n-4A2n)+4H+。隨著c(SO42-)增大，水層中Ce4+被SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+，導(dǎo)致萃取平衡向生成[CeSO4]2+的方向移動，D迅速減小。

③D=80，=80，即c[Ce·(H2n-4A2n)]=80c(CeSO42+)，依據(jù)題意有：0.1mol/L×20×10-3L=20×10-3L× c(CeSO42+)+10×10-3L×80 c(CeSO42+)，解得c(CeSO42+)=2.44×10-3mol/L。

（3）在稀硫酸和H2O2的作用下CeO2轉(zhuǎn)化為Ce3+。H2O2作還原劑，A. H2O2和MnO2混合制O2 ，H2O2既作氧化劑又作還原劑，A不符合題意；B.用H2O2處理含酸性K2Cr2O7的廢水，H2O2作還原劑，符合題意；C.H2O2和CaO混合制備CaO2，H2O2既不作氧化劑又不作還原劑，C不符合題意； D.用稀硫酸和H2O2的混合液溶解金屬Cu，H2O2作氧化劑，D不符合題意；綜合以上分析，本題選B。

（4）Ksp[Ce(OH)3]=c(Ce3+)c3(OH-)=1.0×10-20，c3(OH-)==10-15，則c(OH-)=10-5mol/L

c(H+)=10-9mol/L，所以pH=9；“氧化過濾”步驟中ClO-作氧化劑，Ce(OH)3 被氧化為Ce(OH)4，則氧化過程的離子方程式為2Ce(OH)3+ClO-+H2O=2Ce(OH)4+span>Cl-。

（5）根據(jù)電子得失守恒，CeO2 FeSO4 ； KMnO4 5 FeSO4；由所給數(shù)據(jù)知與KMnO4反應(yīng)的FeSO4的物質(zhì)的量=5bmol/L×V2×10-3L，則與CeO2反應(yīng)的FeSO4的物質(zhì)的量=amol/L×V1×10-3L-5bmol/L×V2×10-3L=（aV1-5bV2）×10-3mol，即n(CeO2)=n(FeSO4)= （aV1-5bV2）×10-3mol ，產(chǎn)品中CeO2的質(zhì)量分數(shù)為17.2（aV1-5bV2）/m %；根據(jù)實驗原理分析，A.滴定前平視讀數(shù)，滴定終點時仰視讀數(shù)，讀取的KMnO4溶液體積偏大，即V2偏大，使測定結(jié)果偏低，符合題意；B.滴定時錐形瓶內(nèi)溶液變紅就立即停止滴定，V2偏小，使測定結(jié)果偏高，不符合題意；C.滴定管尖嘴部分滴定前無氣泡，滴定終點有氣泡，V2偏小，使測定結(jié)果偏高，不符合題意；綜合以上分析，本題答案為17.2（aV1-5bV2）/m ；A。