Question

【题目】稀土是一种重要的战略资源。氟碳铈矿主要化学成分为CeFCO3，它是提取铈等稀土元素的重要矿物原料。氟碳铈矿的冶炼工艺流程如下：

已知:i．铈的常见化合价为+3、+4。焙烧后铈元素转化成CeO2和CeF4。四价铈不易进入溶液，而三价稀土元素易进入溶液。

ii．酸浸II中发生反应：

9CeO2 + 3CeF4 + 45HCl + 3H3BO3 = Ce(BF4)3↓+ 11CeCl3 + 6Cl2↑+ 27H2O

请回答下列问题：

（1）①焙烧氟碳铈矿的目的是______________________________________。

②焙烧后产生的CeO2是汽车尾气净化催化剂的关键成分，它能在还原气氛中供氧，在氧化气氛中耗氧。在尾气消除过程中发生着CeO2CeO2(1-x)+xO2↑的循环。写出CeO2消除CO尾气的化学方程式：___________________________________________。

（2）在酸浸I中用盐酸浸出时，有少量铈进入滤液，且产生黄绿色气体。少量铈进入稀土溶液发生反应的离子方程式是_________________________________________________________

（3）向Ce(BF4)3中加入KCl溶液的目的是_____________________________________。

（4）操作I的名称为__________，在实验室中进行操作II时所需要的硅酸盐仪器有______。

（5）“操作I”后，向溶液中加入NaOH溶液来调节溶液的pH,以获得Ce(OH)3沉淀，常温下加入NaOH调节溶液的pH应大于_______即可认为Ce3 +已完全沉淀。

(已知:Ksp[Ce(OH)3]=1.0×10-20 )

（6）取上述流程中得到的Ce(OH)4产品5.000 g，加酸溶解后，向其中加入含0.03300 molFeSO4的FeSO4溶液使Ce4 +全部被还原成Ce3 +，再用0.1000 mol·L－1的酸性KMnO4标准溶液滴定至终点时，消耗20.00 mL标准溶液。则该产品中Ce(OH)4的质量分数为________(已知氧化性：Ce4+＞KMnO4； Ce(OH)4的相对分子质量为208)。

Answer 1

【答案】将铈氧化为四价便于与其他稀土元素分离 2xCO + CeO2 = CeO2(1-x) + 2xCO2 8H++2Cl-+2CeO2=2Ce3++Cl2↑+4H2O 避免Ce3+以Ce(BF4)3形式沉淀而损失（或将Ce3+全部转化为CeCl3，提高产率 过滤 分液漏斗、烧杯 9 95.68%

【解析】

氟碳铈矿主要化学成分为CeFCO3，用硫酸强化焙烧得浸出液中含有氟离子、铈离子、硫酸等，尾气中主要含有二氧化碳，加入碳酸钙会生成硫酸钙和氟化钙等难溶物为滤渣，和硫酸稀土溶液，在硫酸稀土溶液中加入萃取剂，经过分液将溶液中的Ce3+萃取出来，再加入稀硫酸得含有Ce3+的溶液，调节溶液的pH值得Ce(OH)3沉淀，再经过氧气氧化，过滤、洗涤、干燥可得Ce(OH)4产品，以此解答该题。

(1)①通过焙烧氟碳铈矿，可将铈氧化为四价，便于与其他稀土元素分离。②尾气消除过程中发生着CeO2CeO2(1-x)+xO2↑(0≤x≤0.25)的循环，可知CeO2具有氧化性，可氧化CO生成CO2，则CeO2消除CO尾气的化学方程式为2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2；(2)在酸浸I中用盐酸溶解CeO2，有少量铈进入滤液，可知有Ce3+生成，且产生黄绿色气体，此气体为Cl2，则此时发生反应的离子方程式是8H++2Cl-+2CeO2=2Ce3++Cl2↑+4H2O；(3)向Ce(BF4)3中加入KCl溶液生成CeCl3和KBF，这样做的目的是避免三价铈以Ce(BF4)3沉淀的形式损失或除去BF4-或提高CeCl3的产率；(4)操作I为固液分离，应选择过滤操作；操作II为萃取，则所需要的硅酸盐仪器有分液漏斗、烧杯；(5)溶液中的C(Ce3+)等于1×10-5molL-1，可认为Ce3+沉淀完全，根据KSP[Ce(OH)3]=C(Ce3+)C3(OH-)=1×10-20可知，C(OH-)=molL-1=1×10-5molL-1，此时溶液的PH为9，即加入NaOH调节溶液的pH应大于9即可认为Ce3 +已完全沉淀；(6)用0.1000 mol·L－1的酸性KMnO4标准溶液滴定至终点时，消耗20.00 mL标准溶液，主要是氧化溶液中剩余的Fe2+，根据电子守恒剩余Fe2+的物质的量为0.1000 mol·L－1×0.02L×=0.01mol，则还原Ce4 +消耗的Fe2+的物质的量为0.03300 mol-0.01mol=0.02300mol，根据Ce4 ++ Fe2+= Fe3++ Ce3 +，则Ce4 +的物质的量为0.02300mol，该产品中Ce(OH)4的质量分数为=95.68%。