Question

【題目】氟碳鈰礦(主要成分為CeFCO3)是提取稀土化合物、冶煉鈰的重要礦物原料，以氟碳鈰礦為原料提取鈰的工藝流程如圖所示。回答下列問題：

（1）CeFCO3中Ce的化合價為______。

（2）氧化焙燒后的產(chǎn)物之一為CeO2，則酸浸時發(fā)生反應的離子方程式為________。

（3）HT是一種難溶于水的有機溶劑，則操作Ⅰ的名稱為_____。

（4）為了提高酸浸率，可以適當提高反應溫度，但溫度偏高浸出率反而會減小，其原因是___________。

（5）有機物HT能將Ce3+從水溶液中提取出來，該過程可表示為Ce3+ (水層)+3HT(有機層)CeT3 (有機層)+3H+ (水層)。向CeT3(有機層)中加入稀硫酸能獲得較純的含Ce3+水溶液，從平衡角度解釋其原因：_________。

（6）已知，298K時，Ksp[Ce(OH)3]=5×l0-20，若溶液中c(Ce3+)=0.05mol·L-1，加堿調(diào)節(jié)pH到_____時Ce3+開始沉淀（忽略加堿過程中溶液體積變化）。

（7） 寫出向Ce(OH)3懸濁液中通入氧氣得到產(chǎn)品Ce(OH)4的化學方程式：_____。

Answer 1

【答案】+3 2CeO2+H2O2+6H+ = 2Ce3++O2↑+4H2O 分液 溫度升高，雙氧水發(fā)生分解，造成浸出率偏小 向混合液中加入稀硫酸，使c(H+)增大，平衡向形成Ce3+水溶液方向移動 8 4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4

【解析】

氟碳鈰礦主要化學成分為CeFCO3，經(jīng)氧化焙燒后酸浸，浸出液中含有氟離子、鈰離子、硫酸等，尾氣中主要含有二氧化碳，浸出液中加入碳酸鈣會生成硫酸鈣和氟化鈣等難溶物濾渣和硫酸稀土溶液，在硫酸稀土溶液中加入萃取劑HT，經(jīng)過分液將溶液中的Ce3+萃取出來，再加入稀硫酸得含有Ce3+的溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值得Ce(OH)3沉淀，再經(jīng)過氧氣氧化，過濾、洗滌、干燥可得Ce(OH)4產(chǎn)品；
（1）化合物CeFCO3中元素化合價代數(shù)和為0計算Ce的化合價；
（2）SiO2能溶于HF的水溶液，氧化焙燒生成的鈰化合物二氧化鈰（CeO2），其在酸浸時發(fā)生氧化還原反應，還原產(chǎn)物為Ce3+，氧化產(chǎn)物為氧氣，根據(jù)電子守恒、電荷守恒及原子守恒可得此反應的離子方程式；互不相溶的液體混合物用分液操作分離；
（3）H2O2不穩(wěn)定，受熱易分解；
（4）根據(jù)平衡2Ce3+ （水層）+6HT（有機層）2CeT3（有機層）+6H+（水層）可知，加入酸平衡向逆反應方程移動，據(jù)此分析；
（5）根據(jù)Ksp[Ce(OH)3]=c(Ce3+)×c3(OH-)和pH=10計算此時溶液中c(Ce3+)，判斷是否沉淀完全；
（6）根據(jù)流程結合元素守恒可知Ce(OH)3結合氧氣和水生成Ce(OH)4，據(jù)此書寫化學方程式。

(1)CeFCO3中F元素為1價，碳元素為+4價，氧元素為2價，由各元素化合價代數(shù)和為0，可計算出Ce元素的化合價為+3；

(2)反應中生成的HF能溶解陶瓷容器中含有的SiO2，則氧化培燒時不能使用陶瓷容器氧化焙燒生成的鈰化合物二氧化鈰(CeO2)，其在酸浸時發(fā)生離子反應為2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O，加入萃取劑HT后，液體混合物分成二層，操作Ⅰ可選用分液進行分離；

(3)H2O2易受熱分解，為防止其分解，降低酸浸率，則溫度不易太高；

(4)根據(jù)平衡2Ce3+ (水層)+6HT(有機層)2CeT3(有機層)+6H+(水層)可知，混合液中加入H2SO4使c(H+)增大，平衡向形成Ce3+水溶液方向移動；

(5)已知Ksp[Ce(OH)3]=c(Ce3+)c3(OH-)=5×l0-20，此時溶液pH=10，即c(OH-)=1×10-4mol/L，則c(Ce3+)=5×10-20(1×10-4)3=5×10-8molL-1<1×105molL1，Ce3+沉淀完全；

(6)根據(jù)流程結合元素守恒可知Ce(OH)3結合氧氣和水生成Ce(OH)4，反應的化學方程式為4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4。