Question

【題目】鈰是地殼中豐度最高稀土元素，二氧化鈰（CeO2）是其重要的化合物。平板液晶顯示屏生產過程中產生大量的廢玻璃粉末，其中含CeO2、SiO2、Fe2O3等物質，某實驗小組以此粉末為原料回收鈰，設計流程如下：

（1）步驟Ⅰ加入過量鹽酸后，溶液a中的陽離子有__________，固體b的成分是__________。

（2）步驟Ⅱ中反應的離子方程式為______________________。

（3）當溶液中離子濃度小于1×10-6mol·L-1時視為沉淀充全，則步驟Ⅲ中加入NaOH調節溶液的pH應大于________________[己知：Ce(OH)3的Ksp=8.0×10-21，1g2=0.3 ]。第V步反應的化學方程式是______________________。

（4）步驟Ⅳ中的實驗操作包括_____________。將NH4Cl固體與CeCl3·6H2O混合真空加熱可得無水CeCl3，其中加入NH4Cl的作用是_______________________。

（5）無水CeCl3是重要的分析試劑，現欲對CeCl3樣品純度進行測定，其方法是：準確稱取樣品wg配成100.00 mL溶液，取25.00 mL 置于錐形瓶中，加入和過量的過硫酸銨溶液將Ce3+ 氧化為Ce4+，然后用莘取劑[用(HT)2表示]萃取Ce4+，再用c mol/L (NH4)2Fe(SO4)2標準溶液滴定至終點（Ce4+被還原為Ce3+），重復 2-3次，平均消耗VmL標準溶液。

①“萃取”時存在反應：Ce4++n(HT)2Ce(H2n-4T2n)+4H+，若要提高滴定的準確率，應使溶液呈____________性（填“酸”、“堿”或“中”)。若未進行“萃取”，經計算所得結果偏高，其原因是______________________。

②經計算，CeCl3樣品的純度為____________。 [M(CeCl3) =246.5g/mol]

Answer 1

【答案】 Fe3+、H+ SiO2 2CeO2＋H2O2＋6H+==2Ce3+＋O2↑＋4H2O 9.3 4Ce(OH)3＋O2＋2H2O==4Ce(OH)4 過濾，將濾液蒸發濃縮、冷卻結晶 NH4Cl固體受熱分解生成的HCl可抑制CeCl3水解 酸 過量的過硫酸銨溶液也會與Fe2+反應，從而使結果偏高 ×100% 或 %

【解析】（1）步驟Ⅰ加入過量鹽酸后，氧化鐵與鹽酸反應，因此溶液a中的陽離子有Fe3+、H+。固體a中含有二氧化硅和CeO2，加入硫酸和雙氧水后CeO2溶解，二氧化硅不溶，所以固體b的成分是SiO2。（2）步驟Ⅱ中有Ce3+生成，說明雙氧水被氧化，二氧化鈰被還原，反應的離子方程式為2CeO2＋H2O2＋6H+＝2Ce3+＋O2↑＋4H2O。（3）當Ce3+濃度為1×10-6mol·L-1時氫氧根濃度是，則氫離子濃度是5×10－10mol/L，pH＝9.3；第V步氧氣氧化Ce(OH)3，反應的化學方程式是4Ce(OH)3＋O2＋2H2O＝4Ce(OH)4。（4）步驟Ⅳ是得到固體，其中的實驗操作包括過濾，將濾液蒸發濃縮、冷卻結晶。CeCl3水解，所以加入NH4Cl的作用是NH4Cl固體受熱分解生成的HCl可抑制CeCl3水解。（5）①“萃取”時存在反應：Ce4++n(HT)2Ce(H2n-4T2n)+4H+，若要提高滴定的準確率，需要使平衡向逆反應方向進行，因此應使溶液呈酸。由于過量的過硫酸銨溶液也會與Fe2+反應，所以若未進行“萃取”會使結果偏高。②根據電子得失守恒可知Ce3+的物質的量等于亞鐵離子的物質的量，則CeCl3樣品的純度為。