Question

【題目】稀土是一種重要的戰(zhàn)略資源。氟碳鈰礦主要化學成分為CeFCO3，它是提取鈰等稀土元素的重要礦物原料。氟碳鈰礦的冶煉工藝流程如下：

已知：

i．鈰的常見化合價為+3、+4。焙燒后鈰元素轉化成CeO2和CeF4。四價鈰不易進入溶液，而三價稀土元素易進入溶液。

ii．酸浸II中發(fā)生反應：9CeO2+3CeF4+45HCl+3H3BO3=Ce(BF4)3↓+11CeCl3+6Cl2↑+27H2O

請回答下列問題：

（1）①焙燒氟碳鈰礦的目的是_______。

②焙燒后產生的CeO2是汽車尾氣凈化催化劑的關鍵成分，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↑的循環(huán)。寫出CeO2消除CO尾氣的化學方程式：________。

（2）在酸浸I中用鹽酸浸出時，有少量鈰進入濾液，且產生黃綠色氣體。少量鈰進入稀土溶液發(fā)生反應的離子方程式是________。

（3）向Ce(BF4)3中加入KCl溶液的目的是______。

（4）操作I的名稱為_______，在實驗室中進行操作II時所需要的硅酸鹽儀器有_______。

（5）“操作I”后，向溶液中加入NaOH溶液來調節(jié)溶液的pH，以獲得Ce(OH)3沉淀，常溫下加入NaOH調節(jié)溶液的pH應大于________即可認為Ce3+已完全沉淀。(已知：Ksp[Ce(OH)3]=1.0×10-20)

（6）取上述流程中得到的Ce(OH)4產品5.000g，加酸溶解后，向其中加入含0.03300mol FeSO4的FeSO4溶液使Ce4+全部被還原成Ce3+，再用0.1000mol·L-1的酸性KMnO4標準溶液滴定至終點時，消耗20.00mL標準溶液。則該產品中Ce(OH)4的質量分數(shù)為______(已知氧化性：Ce4+＞KMnO4；Ce(OH)4的相對分子質量為208，保留3位有效數(shù)字)。

（7）利用電解方法也可以實現(xiàn)鈰的回收。在酸性條件下電解Ce2O3（如圖），離子交換膜為____(填“陰”或“陽”）離子交換膜。

Answer 1

【答案】將鈰氧化為四價便于與其他稀土元素分離 2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2 8H++2Cl-+2CeO2=2Ce3++Cl2↑+4H2O 避免Ce3+以Ce(BF4)3形式沉淀而損失（或將Ce3+全部轉化為CeCl3，提高產率） 過濾 燒杯、分液漏斗 9 95.7% 陽

【解析】

（1）①題中已經告知焙燒之后，鈰元素轉化成CeO2和CeF4，且四價鈰不易進入溶液，則焙燒的目的是將鈰元素轉化為+4價的化合物，從而通過溶解的方法獲得更為純凈的鈰的化合物；

②將反應2CO+O2=2CO2和題中反應相加，可得：2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2；

（2）在酸浸I中用鹽酸浸出時，有少量鈰進入濾液，且產生黃綠色氣體，說明HCl被氧化為Cl2，則該反應的離子方程式為8H++2Cl-+2CeO2=2Ce3++Cl2↑+4H2O；

（3）酸浸II得到Ce(BF4)3沉淀，加入KCl溶液，得到KBF4沉淀，則說明沉淀發(fā)生了轉化，并生成了CeCl3，由于CeCl3才是該步的目標產物，且后學操作又需要將CeCl3轉化為Ce(OH)3，這些操作都是在溶液中進行，所以這步沉淀轉化的目的是避免Ce3+以Ce(BF4)3形式沉淀而損失（或將Ce3+全部轉化為CeCl3，提高產率）；

（4）經過操作I得到濾渣和溶液，則操作I為過濾；操作II為萃取，則需要使用的硅酸鹽儀器（即玻璃儀器）為燒杯、分液漏斗；

（5）Ce3+完全沉淀時，c(Ce3+)≤1.0×10-5mol·L-1；由于Ksp[Ce(OH)3]= c(Ce3+)·c3(OH-)=1.0×10-20，解得c(OH-)=1.0×10-5mol·L-1，則pH=9；

（6）n(KMnO4)=0.1 mol·L-1×0.02L=0.002mol，

根據得失電子守恒，可知：

則n(Fe2+)2=0.01mol，所以n(Fe2+)1= n(Fe2+)-n(Fe2+)2=0.033mol-0.01mol=0.023mol，

又有： ，則n[Ce(OH)4]= n(Ce 4+)= n(Fe2+)1=0.023mol，

所以，w[Ce(OH)4]=×100%=×100%=95.7%；

（7）觀察電極可知，陽極Ce2O3放電，生成Ce4+，并在陰極形成產物Ce(SO4)2，則離子交換膜為陽離子交換膜。