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�；卮鹣铝袉栴}：

（1）CeFCO3中Ce的化合價(jià)為______。

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

（3）HT是一種難溶于水的有機(jī)溶劑，則操作Ⅰ的名稱為_____。

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

（5）有機(jī)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(jī)層)CeT3 (有機(jī)層)+3H+ (水層)。向CeT3(有機(jī)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(shí)，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(shí)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(xué)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(dòng) 8 4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4

【解析】

氟碳鈰礦主要化學(xué)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(huì)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(jià)代數(shù)和為0計(jì)算Ce的化合價(jià)；
（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(shí)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，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(yīng)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(jī)層）2CeT3（有機(jī)層）+6H+（水層）可知，加入酸平衡向逆反應(yīng)方程移動(dòng)，據(jù)此分析；
（5）根據(jù)Ksp[Ce(OH)3]=c(Ce3+)×c3(OH-)和pH=10計(jì)算此時(shí)溶液中c(Ce3+)，判斷是否沉淀完全；
（6）根據(jù)流程結(jié)合元素守恒可知Ce(OH)3結(jié)合氧氣和水生成Ce(OH)4，據(jù)此書寫化學(xué)方程式。

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

(2)反應(yīng)中生成的HF能溶解陶瓷容器中含有的SiO2，則氧化培燒時(shí)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(shí)發(fā)生離子反應(yīng)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(jìn)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(jī)層)2CeT3(有機(jī)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(dòng)；

(5)已知Ksp[Ce(OH)3]=c(Ce3+)c3(OH-)=5×l0-20，此時(shí)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(jié)合元素守恒可知Ce(OH)3結(jié)合氧氣和水生成Ce(OH)4，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4。