Question

3．鈰是一種重要的稀土金屬元素，納米CeO₂可作拋光材料、催化劑載體（助劑）、汽車尾氣吸收劑等，制備納米CeO₂的工藝流程如下（高鈰中Ce顯+4價）：

回答下列問題：
（1）酸浸過程中，為了加快酸浸速率．可以采取的措施有將鈰礦石粉碎或加熱提高反應溫度或適當增大硫酸的濃度等（寫一條即可）．
（2）H₂O₂的作用是將高鈰硫酸鹽還原．
（3）為了使硫酸鈰溶液中的Ce³⁺沉淀完全，需加入氨水調節(jié)溶液pH至少為9．（已知：Ksp[Ce（OH）₃]=1.0×10^-20，當離子濃度≤1.0×10^-5mol/L，認為離子沉淀完全）
（4）氧化過程中，氧化劑與還原劑的物質的量之比為1：4
（5）檢驗制備的CeO₂是否為納米級的方法是將產品分散至水中，用一束強光照射，若產生丁達爾效應，則制備的CeO₂為納米級．
（6）高鈰離子被還原的速率與溫度的關系如圖所示．圖象中，溫度高于T₀時，高鈰離子被還原的速率逐漸減小的原因是溫度越高，雙氧水的分解速率越快，使得溶液中雙氧水的濃度減小，反應速率減慢．

（7）測定Ce（OH）₄樣品純度：取mg樣品用適量稀硫酸溶解后，加蒸餾水稀釋至250mL．準確量取出20.00mL溶液于錐形瓶中，滴加幾滴指示劑，用c mol/L的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂標準溶液滴定至終點并記錄消耗標準溶液的體積，將上述步驟重復3次，記錄消耗標準溶液的平均體積為VmL．產品的純度為$\frac{2.6cV}{m}$×100%．

Answer 1

分析 鈰礦石加入硫酸酸浸得到高鈰硫酸鹽，加入過氧化物稀硫酸還原高鈰硫酸鹽得到硫酸鈰溶液，加入氨水生成Ce（OH）₂沉淀，通入氧氣氧化得到Ce（OH）₄，分解得到CeO₂，
（1）酸浸過程中，為了加快酸浸速率，可以升溫、增大濃度、增大接觸面積等措施加快浸出速率；
（2）過氧化氫還原高鈰硫酸鹽得到硫酸鈰溶液；
（3）Ksp[Ce（OH）₃]=1.0×10^-20，當離子濃度≤1.0×10^-5mol/L，認為離子沉淀完全，依據溶度積常數計算得到氫氧根離子濃度；
（4）氧化過程中Ce（OH）₂沉淀通入氧氣氧化得到Ce（OH）₄，氧氣為氧化劑，Ce（OH）₂沉為還原劑，依據電子轉移守恒計算氧化劑和還原劑物質的量之比；
（5）制備的CeO₂是否為納米級，溶于水利用膠體的丁達爾效應檢驗；
（6）過氧化氫在外地升高時會分解，還原劑濃度減小，反應速率減��；
（7）Fe²⁺將四價鈰還原成Ce³⁺，Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，根據電子轉移守恒n[Ce（OH）₄]=n[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂]，進而計算產品純度．

解答 解：（1）將鈰礦石粉碎或加熱提高反應溫度或適當增大硫酸的濃度等都可以加快酸浸速率，
故答案為：將鈰礦石粉碎或加熱提高反應溫度或適當增大硫酸的濃度等；
（2）過氧化氫還原高鈰硫酸鹽得到硫酸鈰溶液，
故答案為：將高鈰硫酸鹽還原；
（3）Ksp[Ce（OH）₃]=c（Ce³⁺）c³（OH^-）=1.0×10^-20，當離子濃度≤1.0×10^-5mol/L，c³（OH^-）=$\frac{1.0×1{0}^{-20}}{1.0×1{0}^{-5}}$=1.0×10^-15，
c（OH^-）=1.0×10^-5mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-5}}$=10^-9mol/L，需加入氨水調節(jié)溶液pH至少為9，
故答案為：9；
（4）氧化過程中，4Ce（OH）₃+2H₂O+O₂=4Ce（OH）₄，氧化劑與還原劑的物質的量之比為1：4，
故答案為：1：4；
（5）檢驗制備的CeO₂是否為納米級的方法是利用膠體的特征性質，將產品分散至水中，用一束強光照射，若產生丁達爾效應，則制備的CeO₂為納米級，
故答案為：用一束強光照射，若產生丁達爾效應，則制備的CeO₂為納米級；
（6）高鈰離子被還原的速率與溫度的關系如圖2所示．圖象中，溫度高于T₀時，高鈰離子被還原的速率逐漸減小的原因是：溫度越高，雙氧水的分解速率越快，使得溶液中雙氧水的濃度減小，反應速率減慢，
故答案為：溫度越高，雙氧水的分解速率越快，使得溶液中雙氧水的濃度減小，反應速率減慢；
（7）Fe²⁺將四價鈰還原成Ce³⁺，Fe²⁺被氧化為Fe³⁺，根據電子轉移守恒：n[Ce（OH）₄]=n[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂]=V×10^-3L×cmol•L^-1×$\frac{250ml}{20ml}$=0.0125cVmol，則m[Ce（OH）₄]=208g/mol×0.0125cVmol=2.6cV g
故樣品的純度為$\frac{2.6cVg}{mg}$×100%=$\frac{2.6cV}{m}$×100%，
故答案為：$\frac{2.6cV}{m}$×100%．

點評 本題考查了物質組成和成分的探究、物質的分離提純方法、滴定實驗過程分析和計算等，為高考常見題型，側重分析、推斷及實驗能力的綜合考查，題目難度中等．