Question

【題目】稀土有工業“黃金”之稱，我國稀土資源豐富。目前從氟碳鈰礦(主要化學成分為CeFCO3)提取鈰族稀土元素的冶煉處理工藝已經發展到十幾種,其中一種提取鈰的工藝流程如下：

已知:①焙燒后燒渣中含+4價的鈰及+3價的其它稀土氟氧化物：

②Ce4+能與SO42-結合成CeSO4，Ce4+能被萃取劑[(HA)2]萃取。

請回答下列問題：

（1）CeFCO3中，Ce元素的化合價為_____。

（2）“酸浸I”過程中CeO2轉化為Ce3+，且產生黃綠色氣體，用稀硫酸和H2O2，替換HCl就不會造成環境污染。則稀硫酸.H2O2與CeO2反應的離子方程式為：__________。

（3）“沉淀”步驟中發生的反應為：Ce(BF4)3(s)+3KCl(aq)=3KBF4(s)+CeCl3(aq)。已知Ce(BF4)3、KBF4的Ksp分別為a、b，則該反應的平衡常數為______(用含a、b的代數式表示)。

（4）“浸出液”中含有少量Ce4+及其他稀土元素的離子，可以通過“萃取”與“反萃取尋探作進一步分離、富集各離子。“萃取”時Ce4+與萃取劑[(HA)2]存在的反應為:Ce4++n(HA)2Ce(H2a-4A2a)+4H+。用D表示Ce4+分別在有機層中與水層中存在形式的濃度之比(D=)其它條件不變，在浸出液中加入不同量的NaSO4以改變水層中的c(SO42-)，D隨浸出液中c(SO42-)增大而減小的原因是__________。

（5）“操作I”后，向溶液中加入NaOH溶液，調節溶液的pH可獲得Ce(OH)3沉淀，當溶液中離子濃度小于1.0×10-6mol/L視為沉淀完全，常溫下加入NaOH調節溶液的pH應大于_______[已知：Ce(OH)3的Ksp=8.0×10-21；1g2=-0.3]

（6）寫出“氧化”步驟的化學方程式：_______________。

（7）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生著CeO2CeO2(1-x) +xO2↑(0≤x≤0.25)的循環。寫出CeO2消除CO尾氣的化學方程式：________________。

Answer 1

【答案】 +3(或+3價) 2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++4H2O+O2↑ a/b3 隨著c(SO42-)增大，水層中Ce4+被SO42-結合成[CeSO4]2+，c([CeSO4]2+)增大，同時導致Ce4++n(HA)2 Ce(H2n-4A2n)+4H+向左(逆向)移動，致使c[Ce(H2n-4A2n)]減小 9.3 2Ce(OH)3+NaClO+H2O=2Ce(OH)4+NaCl 2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2

【解析】考查化學工藝流程，（1）氧顯－2價，C顯＋4價，F顯－1價，整體化合價代數和為0，即Ce顯＋3價；（2）CeO2中Ce的化合價由＋4價→＋3價，CeO2作氧化劑，H2O2作還原劑，H2O2被氧化成O2，根據化合價升降法進行配平，其離子反應方程式為：2CeO2+H2O2+6H＋=2Ce3＋+4H2O+O2↑；（3）該反應的離子方程式為Ce(BF4)3(s)＋3K＋(aq)=3KBF4(s)＋Ce3＋(aq)，平衡常數K=；（4）隨著c(SO42-)增大，水層中Ce4+被SO42-結合成[CeSO4]2+，c([CeSO4]2+)增大，同時導致Ce4++n(HA)2 Ce(H2n-4A2n)+4H+向左(逆向)移動，致使c[Ce(H2n-4A2n)]減小；（5）獲得Ce(OH)3沉淀，c(OH－)=mol·L－1，pOH=－lgc(OH－)=4.7，即pH=9.3，pH應大于9.3；（6）NaClO作氧化劑，把Ce(OH)3氧化成Ce(OH)4，自身被還原成Cl－，根據化合價升降法進行配平，化學方程式為2Ce(OH)3+NaClO+H2O=2Ce(OH)4+NaCl；（7）根據信息，CO與氧氣反應生成CO2，兩式相加得到：2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2。