题目内容
【题目】二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀士氧化物。以氟碳铈矿(主要含CeFCO3)为原料制备CeO2的一种工艺流程如下:
已知:①Ce4+能与SO42-结合成[CeSO4]2+;
②在硫酸体系中Ce4+能被萃取剂[(HA)2 ]萃取,而Ce3+不能。
(1)焙烧过程中发生的主要反应方程式为____________________________________。
(2)“萃取”时存在反应:Ce4+ +n(HA)2Ce·(H2n-4A2n)+4H+。
①实验室中萃取时用到的主要玻璃仪器为烧杯和__________________。
②右图中D是分配比,表示Ce(Ⅳ)分别在有机层中与水层中存在形式的物质的量浓度之比()。保持其它条件不变,在起始料液中加入不同量的Na2SO4以改变水层中的c(SO42-),D随起始料液中c(SO42-)变化的原因:____________________________________ 。
③在D=80的条件下,取20mL含四价铈总浓度为0. 1mol/L的酸浸液,向其中加入10mL萃取剂(HA)2,充分振荡,静置,水层中c(CeSO42+)=_________。 (结果保留三位有效数字)
(3) “反萃取”中,在稀硫酸和H2O2的作用下CeO2转化为Ce3+。H2O2在该反应中作用与下列反应中H2O2的作用相同的是____________。
A. H2O2和MnO2混合制O2 B.用H2O2处理含酸性K2Cr2O7的废水
C.H2O2和CaO混合制备CaO2 D.用稀硫酸和H2O2的混合液溶解金属Cu
(4)溶液中c(Ce3+)等于1.0×10-5mol·L-1,可认为Ce3+沉淀完全,此时溶液的pH为______________,
(已知298K时,Ksp[Ce(OH)3]=1.0×10-20);“氧化过滤”步骤中氧化过程的离子方程式为 _____________________________________ 。
(5)取上述流程中得到的CeO2产品m g,加硫酸溶解后,加入V1mL a mol/L FeSO4溶液(足量),使铈被还原为Ce3+ (其它杂质均不反应,Ce3+为无色),用bmol/L的标准酸性KMnO4溶液去滴定过量的FeSO4,消耗标准溶液V2mL,则该产品中CeO2的质量分数为______ %;下列选项可能使测定结果偏低的是__________。
A.滴定前平视读数,滴定终点时仰视读数
B.滴定时锥形瓶内溶液变红就立即停止滴定
C.滴定管尖嘴部分滴定前无气泡,滴定终点有气泡
【答案】 4CeFCO3+ O2+2Na2CO34 CeO2+ 4NaF+6CO2 分液漏斗 随着c(SO42-)增大,水层中Ce4+被SO42-结合成[CeSO4]2+,导致萃取平衡向生成[CeSO4]2+的方向移动,D迅速减小 2.44×10-3mol/L B 9 2Ce(OH)3+ClO-+H2O=2Ce(OH)4+Cl- 17.2(aV1-5bV2)/m A
【解析】氟碳铈矿(主要含CeFCO3),经和碳酸钠焙烧,+3价铈氧化成+4价,水洗除去NaF,加过量硫酸酸浸,酸浸液中含有Ce4+,加萃取剂,Ce4+被萃取剂[(HA)2]萃取,加反萃取剂,加H2O2,又将Ce4+还原为Ce3+,发生反应4Ce4++H2O2=4Ce3++O2↑+2H+,加碱后Ce3+转化为沉淀,加NaClO将铈从+3价氧化为+4价,得到产品。结合以上分析:
(1)焙烧过程中发生的主要反应方程式为4CeFCO3+ O2+2Na2CO34 CeO2+ 4NaF+6CO2。
(2)①萃取时用到的主要玻璃仪器为烧杯和分液漏斗 。
②“萃取”时存在反应:Ce4++n(HA)2Ce·(H2n-4A2n)+4H+。随着c(SO42-)增大,水层中Ce4+被SO42-结合成[CeSO4]2+,导致萃取平衡向生成[CeSO4]2+的方向移动,D迅速减小。
③D=80,=80,即c[Ce·(H2n-4A2n)]=80c(CeSO42+),依据题意有:0.1mol/L×20×10-3L=20×10-3L× c(CeSO42+)+10×10-3L×80 c(CeSO42+),解得c(CeSO42+)=2.44×10-3mol/L。
(3)在稀硫酸和H2O2的作用下CeO2转化为Ce3+。H2O2作还原剂,A. H2O2和MnO2混合制O2 ,H2O2既作氧化剂又作还原剂,A不符合题意;B.用H2O2处理含酸性K2Cr2O7的废水,H2O2作还原剂,符合题意;C.H2O2和CaO混合制备CaO2,H2O2既不作氧化剂又不作还原剂,C不符合题意; D.用稀硫酸和H2O2的混合液溶解金属Cu,H2O2作氧化剂,D不符合题意;综合以上分析,本题选B。
(4)Ksp[Ce(OH)3]=c(Ce3+)c3(OH-)=1.0×10-20,c3(OH-)=
=10-15,则c(OH-)=10-5mol/L
c(H+)=10-9mol/L,所以pH=9;“氧化过滤”步骤中ClO-作氧化剂,Ce(OH)3 被氧化为Ce(OH)4,则氧化过程的离子方程式为2Ce(OH)3+ClO-+H2O=2Ce(OH)4+span>Cl-。
(5)根据电子得失守恒,CeO2 FeSO4 ; KMnO4
5 FeSO4;由所给数据知与KMnO4反应的FeSO4的物质的量=5bmol/L×V2×10-3L,则与CeO2反应的FeSO4的物质的量=amol/L×V1×10-3L-5bmol/L×V2×10-3L=(aV1-5bV2)×10-3mol,即n(CeO2)=n(FeSO4)= (aV1-5bV2)×10-3mol ,产品中CeO2的质量分数为17.2(aV1-5bV2)/m %;根据实验原理分析,A.滴定前平视读数,滴定终点时仰视读数,读取的KMnO4溶液体积偏大,即V2偏大,使测定结果偏低,符合题意;B.滴定时锥形瓶内溶液变红就立即停止滴定,V2偏小,使测定结果偏高,不符合题意;C.滴定管尖嘴部分滴定前无气泡,滴定终点有气泡,V2偏小,使测定结果偏高,不符合题意;综合以上分析,本题答案为17.2(aV1-5bV2)/m ;A。
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