Question

【题目】稀土有工业“黄金”之称，我国稀土资源丰富。目前从氟碳铈矿(主要化学成分为CeFCO3)提取铈族稀土元素的冶炼处理工艺已经发展到十几种,其中一种提取铈的工艺流程如下：

已知:①焙烧后烧渣中含+4价的铈及+3价的其它稀土氟氧化物：

②Ce4+能与SO42-结合成CeSO4，Ce4+能被萃取剂[(HA)2]萃取。

请回答下列问题：

（1）CeFCO3中，Ce元素的化合价为_____。

（2）“酸浸I”过程中CeO2转化为Ce3+，且产生黄绿色气体，用稀硫酸和H2O2，替换HCl就不会造成环境污染。则稀硫酸.H2O2与CeO2反应的离子方程式为：__________。

（3）“沉淀”步骤中发生的反应为：Ce(BF4)3(s)+3KCl(aq)=3KBF4(s)+CeCl3(aq)。已知Ce(BF4)3、KBF4的Ksp分别为a、b，则该反应的平衡常数为______(用含a、b的代数式表示)。

（4）“浸出液”中含有少量Ce4+及其他稀土元素的离子，可以通过“萃取”与“反萃取寻探作进一步分离、富集各离子。“萃取”时Ce4+与萃取剂[(HA)2]存在的反应为:Ce4++n(HA)2Ce(H2a-4A2a)+4H+。用D表示Ce4+分别在有机层中与水层中存在形式的浓度之比(D=)其它条件不变，在浸出液中加入不同量的NaSO4以改变水层中的c(SO42-)，D随浸出液中c(SO42-)增大而减小的原因是__________。

（5）“操作I”后，向溶液中加入NaOH溶液，调节溶液的pH可获得Ce(OH)3沉淀，当溶液中离子浓度小于1.0×10-6mol/L视为沉淀完全，常温下加入NaOH调节溶液的pH应大于_______[已知：Ce(OH)3的Ksp=8.0×10-21；1g2=-0.3]

（6）写出“氧化”步骤的化学方程式：_______________。

（7）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↑(0≤x≤0.25)的循环。写出CeO2消除CO尾气的化学方程式：________________。

Answer 1

【答案】 +3(或+3价) 2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++4H2O+O2↑ a/b3 随着c(SO42-)增大，水层中Ce4+被SO42-结合成[CeSO4]2+，c([CeSO4]2+)增大，同时导致Ce4++n(HA)2 Ce(H2n-4A2n)+4H+向左(逆向)移动，致使c[Ce(H2n-4A2n)]减小 9.3 2Ce(OH)3+NaClO+H2O=2Ce(OH)4+NaCl 2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2

【解析】考查化学工艺流程，（1）氧显－2价，C显＋4价，F显－1价，整体化合价代数和为0，即Ce显＋3价；（2）CeO2中Ce的化合价由＋4价→＋3价，CeO2作氧化剂，H2O2作还原剂，H2O2被氧化成O2，根据化合价升降法进行配平，其离子反应方程式为：2CeO2+H2O2+6H＋=2Ce3＋+4H2O+O2↑；（3）该反应的离子方程式为Ce(BF4)3(s)＋3K＋(aq)=3KBF4(s)＋Ce3＋(aq)，平衡常数K=；（4）随着c(SO42-)增大，水层中Ce4+被SO42-结合成[CeSO4]2+，c([CeSO4]2+)增大，同时导致Ce4++n(HA)2 Ce(H2n-4A2n)+4H+向左(逆向)移动，致使c[Ce(H2n-4A2n)]减小；（5）获得Ce(OH)3沉淀，c(OH－)=mol·L－1，pOH=－lgc(OH－)=4.7，即pH=9.3，pH应大于9.3；（6）NaClO作氧化剂，把Ce(OH)3氧化成Ce(OH)4，自身被还原成Cl－，根据化合价升降法进行配平，化学方程式为2Ce(OH)3+NaClO+H2O=2Ce(OH)4+NaCl；（7）根据信息，CO与氧气反应生成CO2，两式相加得到：2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2。