【題目】二氧化鈰(CeO2)是一種重要的稀士氧化物。以氟碳鈰礦(主要含CeFCO3)為原料制備CeO2的一種工藝流程如下:

已知:①Ce4+能與SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+;

在硫酸體系中Ce4+能被萃取劑[(HA)2 ]萃取,而Ce3+不能。

(1)焙燒過程中發(fā)生的主要反應方程式為____________________________________。

(2)“萃取時存在反應:Ce4+ +n(HA)2Ce·(H2n-4A2n)+4H+

實驗室中萃取時用到的主要玻璃儀器為燒杯和__________________。

②右圖中D是分配比,表示Ce(Ⅳ)分別在有機層中與水層中存在形式的物質(zhì)的量濃度之比()。保持其它條件不變,在起始料液中加入不同量的Na2SO4以改變水層中的c(SO42-),D隨起始料液中c(SO42-)變化的原因:____________________________________ 。

③在D=80的條件下,取20mL含四價鈰總濃度為0. 1mol/L的酸浸液,向其中加入10mL萃取劑(HA)2,充分振蕩,靜置,水層中c(CeSO42+)=_________。 (結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

(3) “反萃取中,在稀硫酸和H2O2的作用下CeO2轉(zhuǎn)化為Ce3+。H2O2在該反應中作用與下列反應中H2O2的作用相同的是____________。

A. H2O2MnO2混合制O2 B.H2O2處理含酸性K2Cr2O7的廢水

C.H2O2CaO混合制備CaO2 D.用稀硫酸和H2O2的混合液溶解金屬Cu

(4)溶液中c(Ce3+)等于1.0×10-5mol·L-1,可認為Ce3+沉淀完全,此時溶液的pH______________

(已知298K時,Ksp[Ce(OH)3]=1.0×10-20);“氧化過濾”步驟中氧化過程的離子方程式為 _____________________________________ 。

(5)取上述流程中得到的CeO2產(chǎn)品m g,加硫酸溶解后,加入V1mL a mol/L FeSO4溶液(足量),使鈰被還原為Ce3+ (其它雜質(zhì)均不反應,Ce3+為無色),用bmol/L的標準酸性KMnO4溶液去滴定過量的FeSO4,消耗標準溶液V2mL,則該產(chǎn)品中CeO2的質(zhì)量分數(shù)為______ %;下列選項可能使測定結(jié)果偏低的是__________。

A.滴定前平視讀數(shù),滴定終點時仰視讀數(shù)

B.滴定時錐形瓶內(nèi)溶液變紅就立即停止滴定

C.滴定管尖嘴部分滴定前無氣泡,滴定終點有氣泡

【答案】 4CeFCO3+ O2+2Na2CO34 CeO2+ 4NaF+6CO2 分液漏斗 隨著c(SO42-)增大,水層中Ce4+SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+,導致萃取平衡向生成[CeSO4]2+的方向移動,D迅速減小 2.44×10-3mol/L B 9 2Ce(OH)3+ClO-+H2O=2Ce(OH)4+Cl- 17.2(aV1-5bV2)/m A

【解析】氟碳鈰礦(主要含CeFCO3),經(jīng)和碳酸鈉焙燒,+3價鈰氧化成+4價,水洗除去NaF,加過量硫酸酸浸,酸浸液中含有Ce4+,加萃取劑,Ce4+被萃取劑[(HA)2]萃取加反萃取劑,加H2O2,又將Ce4+還原為Ce3+發(fā)生反應4Ce4++H2O2=4Ce3++O2+2H+,加堿后Ce3+轉(zhuǎn)化為沉淀,NaClO將鈰從+3價氧化為+4價,得到產(chǎn)品。結(jié)合以上分析

(1)焙燒過程中發(fā)生的主要反應方程式為4CeFCO3+ O2+2Na2CO34 CeO2+ 4NaF+6CO2

(2)①萃取時用到的主要玻璃儀器為燒杯和分液漏斗 。

萃取時存在反應:Ce4++n(HA)2Ce·(H2n-4A2n)+4H+。隨著c(SO42-)增大水層中Ce4+SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+,導致萃取平衡向生成[CeSO4]2+的方向移動,D迅速減小。

D=80,=80,即c[Ce·(H2n-4A2n)]=80c(CeSO42+),依據(jù)題意有:0.1mol/L×20×10-3L=20×10-3 c(CeSO42+)+10×10-3L×80 c(CeSO42+),解得c(CeSO42+)=2.44×10-3mol/L。

(3)在稀硫酸和H2O2的作用下CeO2轉(zhuǎn)化為Ce3+。H2O2作還原劑,A. H2O2MnO2混合制O2 ,H2O2既作氧化劑又作還原劑,A不符合題意;B.H2O2處理含酸性K2Cr2O7的廢水,H2O2作還原劑,符合題意;C.H2O2CaO混合制備CaO2,H2O2既不作氧化劑又不作還原劑,C不符合題意; D.用稀硫酸和H2O2的混合液溶解金屬Cu,H2O2作氧化劑,D不符合題意;綜合以上分析,本題選B。

(4)Ksp[Ce(OH)3]=c(Ce3+)c3(OH-)=1.0×10-20,c3(OH-)==10-15,c(OH-)=10-5mol/L

c(H+)=10-9mol/L,所以pH=9;“氧化過濾”步驟中ClO-作氧化劑,Ce(OH)3 被氧化為Ce(OH)4則氧化過程的離子方程式為2Ce(OH)3+ClO-+H2O=2Ce(OH)4+span>Cl-。

(5)根據(jù)電子得失守恒,CeO2 FeSO4 ; KMnO4 5 FeSO4;由所給數(shù)據(jù)知與KMnO4反應的FeSO4的物質(zhì)的量=5bmol/L×V2×10-3L,則與CeO2反應的FeSO4的物質(zhì)的量=amol/L×V1×10-3L-5bmol/L×V2×10-3L=(aV1-5bV2)×10-3mol,即n(CeO2)=n(FeSO4)= (aV1-5bV2)×10-3mol ,產(chǎn)品中CeO2的質(zhì)量分數(shù)為17.2(aV1-5bV2)/m %;根據(jù)實驗原理分析,A.滴定前平視讀數(shù),滴定終點時仰視讀數(shù),讀取的KMnO4溶液體積偏大,即V2偏大,使測定結(jié)果偏低,符合題意;B.滴定時錐形瓶內(nèi)溶液變紅就立即停止滴定,V2偏小,使測定結(jié)果偏高不符合題意;C.滴定管尖嘴部分滴定前無氣泡,滴定終點有氣泡,V2偏小,使測定結(jié)果偏高,不符合題意;綜合以上分析,本題答案為17.2(aV1-5bV2)/m ;A。

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A.僅1個σ鍵

B.1個σ鍵和2個π鍵

C.1個σ鍵和1個π鍵

D.僅2個σ鍵

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(3)裝置 E 中的現(xiàn)象是_______________________
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(5)一份滴加幾滴 KSCN 溶液。若溶液變血紅色,推斷硬質(zhì)玻璃管 B 中固體物質(zhì)的成分為______________________( 填序號,下同);若溶液未變血紅色,推斷硬質(zhì)玻璃管 B 中固體物質(zhì)的成分為__________________________________

①一定有 Fe3O4 ②一定有 Fe ③只有 Fe3O4 ④只有 Fe

(6)另一份用_____(填儀器名稱)加入_____(填試劑和現(xiàn)象),可以 證明溶液中存在 Fe2+。

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