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5.000g，加酸溶解后，向其中加入含0.03300mol FeSO4的FeSO4溶液使Ce4+全部被还原成Ce3+，再用0.1000mol·L-1的酸性KMnO4标准溶液滴定至终点时，消耗20.00mL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，保留3位有效数字)。

（7）在酸性条件下电解Ce2O3制备Ce(SO4)2（如下图），阳极电极反应式_______。

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 烧杯、分液漏斗 9 95.7% Ce2O3 +6H+ -2e- = 2Ce4++3H2O

【解析】

根据题意可知，本题考查氟碳铈矿的冶炼工艺流程，运用氧化还原反应化合价变化规律、离子方程式书写步骤、除杂步骤方法分析。

（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，

故答案为：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（1x）+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（1x）+2xCO2，

故答案为：2xCO+CeO2＝CeO2（1x）+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，

故答案为：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，

故答案为：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）；

（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，

故答案为：过滤；分液漏斗、烧杯；

（5）溶液中的c(Ce3+)等于1×105molL1，可认为Ce3+沉淀完全，根据KSP[Ce(OH)3]＝c(Ce3+)c3(OH)＝1×1020可知，，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，

故答案为：9；

（6）用0.1000molL1的酸性KMnO4标准溶液滴定至终点时，消耗20.00mL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，则还原Ce4+消耗的Fe2+的物质的量为0.03300mol0.01mol＝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，

故答案为：95.7；

（7）在酸性条件下电解Ce2O3制备Ce(SO4)2，阳极是Ce2O3发生氧化反应变为Ce(SO4)2，因此阳极电极反应式Ce2O3 +6H+ -2e- = 2Ce4++3H2O，

故答案为：Ce2O3 +6H+ -2e- = 2Ce4++3H2O。