Question

16．二氧化鈰（CeO₂）是一種重要的稀土氧化物．以氟碳鈰礦（主要含CeFCO₃）為原料制備CeO₂的一種工藝流程如圖1：

已知：ⅰ．Ce⁴⁺能與F^-結(jié)合成[CeF_x]^（4-x）+，與SO₄^2-結(jié)合成[CeSO₄]²⁺．
ⅱ．在硫酸體系中Ce⁴⁺能被萃取劑[（HA）₂]萃取，而Ce³⁺不能．
ⅲ．K_sp[Ce（OH）₃]=7.1×10^-21，溶解度S[Ce₂（CO₃）₃]=1.0×10^-6 mol•L^-1．
回答下列問題：
（1）“氧化焙燒”中“氧化”的目的是將+3價鈰氧化成+4價．
（2）CeO₂不溶于水，但“浸出”時卻能溶解完全，原因是溶液中的F^-、SO₄^2-（填離子符號）促進(jìn)了CeO₂的溶解．
（3）“萃取”時存在平衡：Ce⁴⁺+n（HA）₂?Ce•（H_2n-4A_2n）+4H⁺．保持其它條件不變，在起始料液中加入不同量的Na₂SO₄改變水層中的c（SO₄^2-）．觀察圖2，說明D（$\frac{[Ce•（{H}_{2n-4}{A}_{2n}）]有機(jī)層}{[Ce（Ⅳ）水層}$）隨起始料液中
c（SO₄^2-）變化的原因：隨著c（SO₄^2-）增大，水層中Ce⁴⁺被SO₄^2-結(jié)合成[CeSO₄]²⁺，導(dǎo)致萃取平衡向左移動，
D迅速減�。�
（4）“反萃取”加H₂O₂的作用是2Ce⁴⁺+H₂O₂=2Ce³⁺+O₂↑+2H⁺（用離子方程式表示）．
（5）在“反萃取”后所得水層中加入1.0mol•L^-1的NH₄HCO₃溶液，產(chǎn)生膠狀沉淀物．寫出該膠狀沉淀物的化學(xué)式：Ce₂（CO₃）₃．
（6）若缺少“洗氟”，則所得產(chǎn)品的質(zhì)量將偏�。ㄌ睢捌�大”、“偏小”或“不變”）．
（7）CeO₂是稀土汽車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．寫出其供氧生成CeO的化學(xué)方程式：2CeO₂=2CeO+O₂↑．

Answer 1

分析 氟碳鈰礦（主要含CeFCO₃），“氧化焙燒”的目的是將+3價鈰氧化成+4價，Ce⁴⁺能與F^-結(jié)合成[CeF_x]^（4-x）+，以便后續(xù)的提取，加稀硫酸，與SO₄^2-結(jié)合成[CeSO₄]²⁺，加萃取劑，氟洗液，硫酸體系中Ce⁴⁺能被萃取劑[（HA）₂]萃取，而Ce³⁺不能，加“反萃取”加H₂O₂，又將Ce⁴⁺還原為Ce³⁺，發(fā)生反應(yīng)2Ce⁴⁺+H₂O₂=2Ce³⁺+O₂↑+2H⁺，加入堿后Ce³⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，通入氧氣講Ce從+3氧化為+4，得到產(chǎn)品，
（1）“氧化焙燒”中“氧化”的目的是將+3價鈰氧化成+4價，以便后續(xù)的提��；
（2）根據(jù)信息Ce⁴⁺能與F^-結(jié)合成[CeF_x]^（4-x）+，與SO₄^2-結(jié)合成[CeSO₄]²⁺，溶液中的F^-、SO₄^2-促進(jìn)了CeO₂的溶解；
（3）根據(jù)平衡：Ce⁴⁺+n（HA）₂?Ce•（H_2n-4A_2n）+4H⁺．，加入Na₂SO₄時，隨著c（SO₄^2-）增大，水層中Ce⁴⁺被SO₄^2-結(jié)合成[CeSO₄]²⁺，導(dǎo)致萃取平衡向左移動，D迅速減��；
（4））“反萃取”加H₂O₂的作用是將Ce⁴⁺離子重新還原為Ce³⁺，反應(yīng)的離子方程式為2Ce⁴⁺+H₂O₂=2Ce³⁺+O₂↑+2H⁺；
（5）根據(jù)溶解度S[Ce₂（CO₃）₃]=1.0×10^-6 mol•L^-1，“反萃取”后所得水層中含有Ce³⁺，加入NH₄HCO₃溶液時，兩者反應(yīng)生成Ce₂（CO₃）₃膠狀沉淀物；
（6）若缺少“洗氟”，則會造成部分含鈰物質(zhì)損失，所得產(chǎn)品的質(zhì)量將減少；
（7）CeO₂能在還原氣氛中供氧，則供氧生成CeO和氧氣的化學(xué)方程式為2CeO₂=2CeO+O₂↑．

解答 解：（1）“氧化焙燒”中“氧化”的目的是將+3價鈰氧化成+4價，以便后續(xù)的提取，故答案為：將+3價鈰氧化成+4價；
（2）根據(jù)信息Ce⁴⁺能與F^-結(jié)合成[CeF_x]^（4-x）+，與SO₄^2-結(jié)合成[CeSO₄]²⁺．，CeO₂不溶于水，但“浸出”時卻能溶解完全，原因是溶液中的F^-、SO₄^2-促進(jìn)了CeO₂的溶解，故答案為：F^-；SO₄^2-；
（3）根據(jù)平衡：Ce⁴⁺+n（HA）₂?Ce•（H_2n-4A_2n）+4H⁺．，加入Na₂SO₄時，隨著c（SO₄^2-）增大，水層中Ce⁴⁺被SO₄^2-結(jié)合成[CeSO₄]²⁺，導(dǎo)致萃取平衡向左移動，D迅速減小，故答案為：隨著c（SO₄^2-）增大，水層中Ce⁴⁺被SO₄^2-結(jié)合成[CeSO₄]²⁺，導(dǎo)致萃取平衡向左移動，
D迅速減��；
（4））“反萃取”加H₂O₂的作用是將Ce⁴⁺離子重新還原為Ce³⁺，反應(yīng)的離子方程式為2Ce⁴⁺+H₂O₂=2Ce³⁺+O₂↑+2H⁺，故答案為：2Ce⁴⁺+H₂O₂=2Ce³⁺+O₂↑+2H⁺；
（5）根據(jù)溶解度S[Ce₂（CO₃）₃]=1.0×10^-6 mol•L^-1，“反萃取”后所得水層中含有Ce³⁺，加入NH₄HCO₃溶液時，兩者反應(yīng)生成Ce₂（CO₃）₃膠狀沉淀物，故答案為：Ce₂（CO₃）₃；
（6）若缺少“洗氟”，則會造成部分含鈰物質(zhì)損失，所得產(chǎn)品的質(zhì)量將減少，故答案為：偏��；
（7）CeO₂能在還原氣氛中供氧，則供氧生成CeO和氧氣的化學(xué)方程式為2CeO₂=2CeO+O₂↑，故答案為：2CeO₂=2CeO+O₂↑．

點評 本題考查物質(zhì)分離和提純，為高頻考點，涉及物質(zhì)分離和提純方法選取、氧化還原反應(yīng)等知識點，明確反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵，知道流程圖中發(fā)生的反應(yīng)及基本操作方法，題目難度中上．