Question

14．碳酸鈰[Ce₂（CO₃）₃]為白色粉末，難溶于水，主要用作生產(chǎn)鈰的中間化合物．它可由氟碳酸鈰精礦經(jīng)如圖1流程制得．

（1）如圖2是一種稀土元素鈰（Ce）在元素周期表中的信息示意圖．則鈰原子的質(zhì)子數(shù)是58，氟碳酸鈰的化學(xué)式為CeFCO₃，該化合物中，Ce的化合價(jià)為+3；
（2）焙燒生成的鈰化合物為二氧化鈰（CeO₂），其在酸浸時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（3）試劑XNa₂CO₃；
（4）已知298K時(shí)，K_sp[Ce（OH）₄]=1×10^-29，Ce（OH）₄的溶度積表達(dá)式為K_sp=c（Ce⁴⁺）•[c（OH^-）]⁴；為了使溶液中Ce⁴⁺沉淀完全，需調(diào)節(jié)pH為8以上；
（5）取某Ce（OH）₄產(chǎn)品1.00g（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97%），加硫酸溶解后，用0.1000mol•L^-1的FeSO₄溶液滴定至終點(diǎn)（鈰被還原成Ce³⁺）則需要滴加標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積46.6mL，若用硫酸酸化后改用0.1000mol•L^-1的FeCl₂溶液滴定產(chǎn)品從而測(cè)定Ce（OH）₄產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其它操作都正確，則測(cè)定的Ce（OH）₄產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低（填“偏高”、“偏低”或“不變”）．

Answer 1

分析 碳酸鈰[Ce₂（CO₃）₃]為白色粉末，難溶于水，可由氟碳酸鈰精礦經(jīng)氧化煅燒生成二氧化鈰（CeO₂），二氧化鈰（CeO₂）可在酸性條件下被還原為+3價(jià)的鈰鹽，通過(guò)加入Na₂CO₃溶液，從而制得碳酸鈰[Ce₂（CO₃）₃]．
（1）根據(jù)鈰在元素周期表的位置可知，鈰是58號(hào)元素，即質(zhì)子數(shù)為58，化合物中各元素化合價(jià)之和為0，據(jù)此判斷鈰的化合價(jià)；
（2）二氧化鈰的Ce為+4價(jià)，在酸浸時(shí)，固體CeO₂被溶解，且被雙氧水還原為了+3價(jià)的Ce³⁺；
（3）根據(jù)流程分析可知，在酸浸后，為得到Ce₂（CO₃）₃沉淀，加入Na₂CO₃溶液，過(guò)濾得到Ce₂（CO₃）₃；
（4）根據(jù)溶度積定義書寫表達(dá)式，結(jié)合溶度積計(jì)算離子濃度；
（5）加硫酸溶解后，用0.1000mol•L^-1的FeSO₄溶液滴定至終點(diǎn)（鈰被還原成Ce³⁺），有關(guān)系n[Ce（OH）₄]=n（FeSO₄）成立，據(jù)此計(jì)算，用氯化亞鐵代替硫酸亞鐵，氯離子能被Ce⁴⁺氧化，所以會(huì)使氯化亞鐵的體積偏小，據(jù)此分析．

解答 解：碳酸鈰[Ce₂（CO₃）₃]為白色粉末，難溶于水，可由氟碳酸鈰精礦經(jīng)氧化煅燒生成二氧化鈰（CeO₂），二氧化鈰（CeO₂）可在酸性條件下被還原為+3價(jià)的鈰鹽，通過(guò)加入Na₂CO₃溶液，從而制得碳酸鈰[Ce₂（CO₃）₃]，
（1）根據(jù)鈰在元素周期表的位置可知，鈰是58號(hào)元素，即質(zhì)子數(shù)為58，化合物中各元素化合價(jià)之和為0，CeFCO₃中Ce的化合價(jià)為x，則x+（-1）+（+4）+（-2）×3=0，x=+3，
故答案為：58；+3；
（2）二氧化鈰的Ce為+4價(jià)，在酸浸時(shí)，固體CeO₂ 被溶解，且被雙氧水還原為了+3價(jià)的Ce³⁺，在酸性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，方程式為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O，故答案為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（3）在酸浸后，經(jīng)過(guò)分離不溶物，得到含有Ce³⁺的溶液，加入Na₂CO₃溶液，中和（2）中酸液，使Ce³⁺轉(zhuǎn)化為Ce₂（CO₃）₃沉淀，經(jīng)過(guò)過(guò)濾得到Ce₂（CO₃）₃，
故答案為：Na₂CO₃；
（4）溶度積為溶液離子濃度的冪次方的乘積，Ce（OH）₄的溶度積表達(dá)式為K_sp=c（Ce⁴⁺）•[c（OH^-）]⁴，使溶液中Ce⁴⁺沉淀完全，即殘留在溶液中的c（Ce⁴⁺）小于1×10^-5mol•L^-1，
則c（OH^-）＞$\frac{Ksp}{c（Ce{\;}^{4+}）}$=$\root{4}{\frac{1×10{\;}^{-29}}{1×10{\;}^{-5}}}$mol/L=1×10^-6mol/L，則pH=8，
故答案為：c（Ce⁴⁺）•[c（OH^-）]⁴；8；
（5）Ce（OH）₄產(chǎn)品在用硫酸溶解后生成了Ce⁴⁺，所以用還原劑滴定該溶液，Ce⁴⁺變成了Ce³⁺，而Fe²⁺被氧化成了Fe³⁺，所以根據(jù)電子的是守恒計(jì)算，n[Ce（OH）₄]=n（FeSO₄）=cV=0.1000 mol•L^-1×V×10^-3L=$\frac{1.00g×97%}{208g/mol}$，V=46.6，用氯化亞鐵代替硫酸亞鐵，氯離子能被Ce⁴⁺氧化，所以會(huì)使氯化亞鐵的體積偏小，所以測(cè)得的Ce（OH）₄產(chǎn)品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低，
故答案為：46.6；偏低．

點(diǎn)評(píng) 本題工藝流程為基礎(chǔ)，考查化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、鈰等元素的單質(zhì)及化合物的知識(shí)及應(yīng)用、化學(xué)計(jì)算、氧化還原反應(yīng)等相關(guān)知識(shí)，難度較大．