Question

【題目】稀土有工業(yè)“黃金”之稱，我國(guó)稀土資源豐富。目前從氟碳鈰礦(主要化學(xué)成分為CeFCO3)提取鈰族稀土元素的冶煉處理工藝已經(jīng)發(fā)展到十幾種,其中一種提取鈰的工藝流程如下：

已知:①焙燒后燒渣中含+4價(jià)的鈰及+3價(jià)的其它稀土氟氧化物：

②Ce4+能與SO42-結(jié)合成CeSO4，Ce4+能被萃取劑[(HA)2]萃取。

請(qǐng)回答下列問題：

（1）CeFCO3中，Ce元素的化合價(jià)為_____。

（2）“酸浸I”過程中CeO2轉(zhuǎn)化為Ce3+，且產(chǎn)生黃綠色氣體，用稀硫酸和H2O2，替換HCl就不會(huì)造成環(huán)境污染。則稀硫酸.H2O2與CeO2反應(yīng)的離子方程式為：__________。

（3）“沉淀”步驟中發(fā)生的反應(yīng)為：Ce(BF4)3(s)+3KCl(aq)=3KBF4(s)+CeCl3(aq)。已知Ce(BF4)3、KBF4的Ksp分別為a、b，則該反應(yīng)的平衡常數(shù)為______(用含a、b的代數(shù)式表示)。

（4）“浸出液”中含有少量Ce4+及其他稀土元素的離子，可以通過“萃取”與“反萃取尋探作進(jìn)一步分離、富集各離子。“萃取”時(shí)Ce4+與萃取劑[(HA)2]存在的反應(yīng)為:Ce4++n(HA)2Ce(H2a-4A2a)+4H+。用D表示Ce4+分別在有機(jī)層中與水層中存在形式的濃度之比(D=)其它條件不變，在浸出液中加入不同量的NaSO4以改變水層中的c(SO42-)，D隨浸出液中c(SO42-)增大而減小的原因是__________。

（5）“操作I”后，向溶液中加入NaOH溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH可獲得Ce(OH)3沉淀，當(dāng)溶液中離子濃度小于1.0×10-6mol/L視為沉淀完全，常溫下加入NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH應(yīng)大于_______[已知：Ce(OH)3的Ksp=8.0×10-21；1g2=-0.3]

（6）寫出“氧化”步驟的化學(xué)方程式：_______________。

（7）CeO2是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，在氧化氣氛中耗氧在尾氣消除過程中發(fā)生著CeO2CeO2(1-x) +xO2↑(0≤x≤0.25)的循環(huán)。寫出CeO2消除CO尾氣的化學(xué)方程式：________________。

Answer 1

【答案】 +3(或+3價(jià)) 2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++4H2O+O2↑ a/b3 隨著c(SO42-)增大，水層中Ce4+被SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+，c([CeSO4]2+)增大，同時(shí)導(dǎo)致Ce4++n(HA)2 Ce(H2n-4A2n)+4H+向左(逆向)移動(dòng)，致使c[Ce(H2n-4A2n)]減小 9.3 2Ce(OH)3+NaClO+H2O=2Ce(OH)4+NaCl 2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2

【解析】考查化學(xué)工藝流程，（1）氧顯－2價(jià)，C顯＋4價(jià)，F顯－1價(jià)，整體化合價(jià)代數(shù)和為0，即Ce顯＋3價(jià)；（2）CeO2中Ce的化合價(jià)由＋4價(jià)→＋3價(jià)，CeO2作氧化劑，H2O2作還原劑，H2O2被氧化成O2，根據(jù)化合價(jià)升降法進(jìn)行配平，其離子反應(yīng)方程式為：2CeO2+H2O2+6H＋=2Ce3＋+4H2O+O2↑；（3）該反應(yīng)的離子方程式為Ce(BF4)3(s)＋3K＋(aq)=3KBF4(s)＋Ce3＋(aq)，平衡常數(shù)K=；（4）隨著c(SO42-)增大，水層中Ce4+被SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+，c([CeSO4]2+)增大，同時(shí)導(dǎo)致Ce4++n(HA)2 Ce(H2n-4A2n)+4H+向左(逆向)移動(dòng)，致使c[Ce(H2n-4A2n)]減��；（5）獲得Ce(OH)3沉淀，c(OH－)=mol·L－1，pOH=－lgc(OH－)=4.7，即pH=9.3，pH應(yīng)大于9.3；（6）NaClO作氧化劑，把Ce(OH)3氧化成Ce(OH)4，自身被還原成Cl－，根據(jù)化合價(jià)升降法進(jìn)行配平，化學(xué)方程式為2Ce(OH)3+NaClO+H2O=2Ce(OH)4+NaCl；（7）根據(jù)信息，CO與氧氣反應(yīng)生成CO2，兩式相加得到：2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2。