Question

【題目】二氧化鈰（CeO2）是一種重要的稀土氧化物。以氟碳鈰礦（主要含CeFCO3）為原料制備CeO2的一種工藝流程圖如圖：

已知：①Ce4+既能與F-結合成[CeFX]（4-x）+，也能與SO42-結合成[CeSO4]2+；

②在硫酸體系中Ce4+能被萃取劑[（HA）2]萃取，而Ce3+不能。

回答下列問題：

（1）“氧化焙燒”前需將礦石粉碎成細顆粒，其目的是_____。

（2）“酸浸”中會產生大量黃綠色氣體，寫出CeO2與鹽酸反應的離子方程式_____，為避免上述污染，請提出一種解決方案：_____。

（3）“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名稱為_____。

（4）“反萃取”中，在稀硫酸和H2O2的作用下CeO2轉化為Ce3+，H2O2在該反應中作_____（填“催化劑”、“氧化劑”或“還原劑”），每有1molH2O2參加反應，轉移電子物質的量為_____。

（5）“氧化”步驟的化學方程式為_____。

（6）取上述流程得到的CeO2產品0.50g，加硫酸溶解后，用0.10mol/L FeSO4標準溶液滴定至終點時（鈰被還原為Ce3+，其他雜質均不參加反應），消耗25.00mL標準溶液。該產品中CeO2的質量分數為_____(Ce的相對原子質量為140)。

Answer 1

【答案】增大固體與空氣的接觸面積，增大反應速率，提高原料利用率2CeO2+2Cl－+8H+＝2Ce3++Cl2↑+4H2O將HCl（鹽酸）改用H2SO4酸浸分液漏斗還原劑2mol2Ce(OH)3+NaClO+H2O＝2Ce(OH)4+NaCl86%

【解析】

氟碳鈰礦（主要含CeFCO3），“氧化焙燒”的目的是將+3價鈰氧化成+4價，Ce4+能與F-結合成[CeFx]（4-x）+，以便后續的提取，加稀硫酸，與硫酸根結合成[CeSO4]2+，加萃取劑，氟洗液，硫酸體系中Ce4+能被萃取劑[（HA）2]萃取，而Ce3+不能，加“反萃取”、加H2O2，又將Ce4+還原為Ce3+，發生反應2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+，加入堿后Ce3+轉化為沉淀，加入次氯酸鈉將Ce從+3氧化為+4，得到產品，據此解答。

（1）“氧化焙燒”前需將礦石粉碎成細顆粒，其目的是增大固體與空氣的接觸面積，增大反應速率，提高原料利用率；

（2）“酸浸”中會產生大量黃綠色氣體應為氯氣，CeO2與鹽酸發生氧化還原反應生成Ce3+和氯氣，反應的離子方程式為2CeO2+2Cl－+8H+＝2Ce3++Cl2↑+4H2O，可以用硫酸代替鹽酸而避免產生氯氣污染；

（3）實驗室中萃取時用到的主要玻璃儀器名稱為分液漏斗；

（4）“反萃取”加H2O2的作用是將Ce4+離子重新還原為Ce3+，反應的離子方程式為2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+，H2O2在該反應中作還原劑，每有1mol H2O2參加反應，轉移電子的物質的量為2mol；

（5）“氧化”步驟中用次氯酸鈉將Ce3+氧化成Ce4+，反應的離子方程式為2Ce(OH)3+NaClO+H2O＝2Ce(OH)4+NaCl；

（6）FeSO4的物質的量為0.1000molL-1×0.025L=0.0025mol，根據電子得失守恒可得關系式CeO2～FeSO4，所以CeO2的質量為0.0025×172g=0.4300g，產品中CeO2的質量分數為

0.4300g/0.500g×100%=86%。