Question

【题目】二氧化铈（CeO2）是一种重要的稀土氧化物。以氟碳铈矿（主要含CeFCO3）为原料制备CeO2的一种工艺流程图如图：

已知：①Ce4+既能与F-结合成[CeFX]（4-x）+，也能与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。

回答下列问题：

（1）“氧化焙烧”前需将矿石粉碎成细颗粒，其目的是_____。

（2）“酸浸”中会产生大量黄绿色气体，写出CeO2与盐酸反应的离子方程式_____，为避免上述污染，请提出一种解决方案：_____。

（3）“萃取”时存在反应：Ce4++n（HA）2Ce·（H2n-4A2n）+4H+。实验室中萃取时用到的主要玻璃仪器名称为_____。

（4）“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_____（填“催化剂”、“氧化剂”或“还原剂”），每有1molH2O2参加反应，转移电子物质的量为_____。

（5）“氧化”步骤的化学方程式为_____。

（6）取上述流程得到的CeO2产品0.50g，加硫酸溶解后，用0.10mol/L FeSO4标准溶液滴定至终点时（铈被还原为Ce3+，其他杂质均不参加反应），消耗25.00mL标准溶液。该产品中CeO2的质量分数为_____(Ce的相对原子质量为140)。

Answer 1

【答案】增大固体与空气的接触面积，增大反应速率，提高原料利用率2CeO2+2Cl－+8H+＝2Ce3++Cl2↑+4H2O将HCl（盐酸）改用H2SO4酸浸分液漏斗还原剂2mol2Ce(OH)3+NaClO+H2O＝2Ce(OH)4+NaCl86%

【解析】

氟碳铈矿（主要含CeFCO3），“氧化焙烧”的目的是将+3价铈氧化成+4价，Ce4+能与F-结合成[CeFx]（4-x）+，以便后续的提取，加稀硫酸，与硫酸根结合成[CeSO4]2+，加萃取剂，氟洗液，硫酸体系中Ce4+能被萃取剂[（HA）2]萃取，而Ce3+不能，加“反萃取”、加H2O2，又将Ce4+还原为Ce3+，发生反应2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+，加入碱后Ce3+转化为沉淀，加入次氯酸钠将Ce从+3氧化为+4，得到产品，据此解答。

（1）“氧化焙烧”前需将矿石粉碎成细颗粒，其目的是增大固体与空气的接触面积，增大反应速率，提高原料利用率；

（2）“酸浸”中会产生大量黄绿色气体应为氯气，CeO2与盐酸发生氧化还原反应生成Ce3+和氯气，反应的离子方程式为2CeO2+2Cl－+8H+＝2Ce3++Cl2↑+4H2O，可以用硫酸代替盐酸而避免产生氯气污染；

（3）实验室中萃取时用到的主要玻璃仪器名称为分液漏斗；

（4）“反萃取”加H2O2的作用是将Ce4+离子重新还原为Ce3+，反应的离子方程式为2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+，H2O2在该反应中作还原剂，每有1mol H2O2参加反应，转移电子的物质的量为2mol；

（5）“氧化”步骤中用次氯酸钠将Ce3+氧化成Ce4+，反应的离子方程式为2Ce(OH)3+NaClO+H2O＝2Ce(OH)4+NaCl；

（6）FeSO4的物质的量为0.1000molL-1×0.025L=0.0025mol，根据电子得失守恒可得关系式CeO2～FeSO4，所以CeO2的质量为0.0025×172g=0.4300g，产品中CeO2的质量分数为

0.4300g/0.500g×100%=86%。