Question

14．碳酸铈[Ce₂（CO₃）₃]为白色粉末，难溶于水，主要用作生产铈的中间化合物．它可由氟碳酸铈精矿经如图1流程制得．

（1）如图2是一种稀土元素铈（Ce）在元素周期表中的信息示意图．则铈原子的质子数是58，氟碳酸铈的化学式为CeFCO₃，该化合物中，Ce的化合价为+3；
（2）焙烧生成的铈化合物为二氧化铈（CeO₂），其在酸浸时发生反应的离子方程式为2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（3）试剂XNa₂CO₃；
（4）已知298K时，K_sp[Ce（OH）₄]=1×10^-29，Ce（OH）₄的溶度积表达式为K_sp=c（Ce⁴⁺）•[c（OH^-）]⁴；为了使溶液中Ce⁴⁺沉淀完全，需调节pH为8以上；
（5）取某Ce（OH）₄产品1.00g（质量分数为97%），加硫酸溶解后，用0.1000mol•L^-1的FeSO₄溶液滴定至终点（铈被还原成Ce³⁺）则需要滴加标准溶液的体积46.6mL，若用硫酸酸化后改用0.1000mol•L^-1的FeCl₂溶液滴定产品从而测定Ce（OH）₄产品的质量分数，其它操作都正确，则测定的Ce（OH）₄产品的质量分数偏低（填“偏高”、“偏低”或“不变”）．

Answer 1

分析 碳酸铈[Ce₂（CO₃）₃]为白色粉末，难溶于水，可由氟碳酸铈精矿经氧化煅烧生成二氧化铈（CeO₂），二氧化铈（CeO₂）可在酸性条件下被还原为+3价的铈盐，通过加入Na₂CO₃溶液，从而制得碳酸铈[Ce₂（CO₃）₃]．
（1）根据铈在元素周期表的位置可知，铈是58号元素，即质子数为58，化合物中各元素化合价之和为0，据此判断铈的化合价；
（2）二氧化铈的Ce为+4价，在酸浸时，固体CeO₂被溶解，且被双氧水还原为了+3价的Ce³⁺；
（3）根据流程分析可知，在酸浸后，为得到Ce₂（CO₃）₃沉淀，加入Na₂CO₃溶液，过滤得到Ce₂（CO₃）₃；
（4）根据溶度积定义书写表达式，结合溶度积计算离子浓度；
（5）加硫酸溶解后，用0.1000mol•L^-1的FeSO₄溶液滴定至终点（铈被还原成Ce³⁺），有关系n[Ce（OH）₄]=n（FeSO₄）成立，据此计算，用氯化亚铁代替硫酸亚铁，氯离子能被Ce⁴⁺氧化，所以会使氯化亚铁的体积偏小，据此分析．

解答 解：碳酸铈[Ce₂（CO₃）₃]为白色粉末，难溶于水，可由氟碳酸铈精矿经氧化煅烧生成二氧化铈（CeO₂），二氧化铈（CeO₂）可在酸性条件下被还原为+3价的铈盐，通过加入Na₂CO₃溶液，从而制得碳酸铈[Ce₂（CO₃）₃]，
（1）根据铈在元素周期表的位置可知，铈是58号元素，即质子数为58，化合物中各元素化合价之和为0，CeFCO₃中Ce的化合价为x，则x+（-1）+（+4）+（-2）×3=0，x=+3，
故答案为：58；+3；
（2）二氧化铈的Ce为+4价，在酸浸时，固体CeO₂ 被溶解，且被双氧水还原为了+3价的Ce³⁺，在酸性条件下发生氧化还原反应，方程式为：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O，故答案为：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Ce³⁺+O₂↑+4H₂O；
（3）在酸浸后，经过分离不溶物，得到含有Ce³⁺的溶液，加入Na₂CO₃溶液，中和（2）中酸液，使Ce³⁺转化为Ce₂（CO₃）₃沉淀，经过过滤得到Ce₂（CO₃）₃，
故答案为：Na₂CO₃；
（4）溶度积为溶液离子浓度的幂次方的乘积，Ce（OH）₄的溶度积表达式为K_sp=c（Ce⁴⁺）•[c（OH^-）]⁴，使溶液中Ce⁴⁺沉淀完全，即残留在溶液中的c（Ce⁴⁺）小于1×10^-5mol•L^-1，
则c（OH^-）＞$\frac{Ksp}{c（Ce{\;}^{4+}）}$=$\root{4}{\frac{1×10{\;}^{-29}}{1×10{\;}^{-5}}}$mol/L=1×10^-6mol/L，则pH=8，
故答案为：c（Ce⁴⁺）•[c（OH^-）]⁴；8；
（5）Ce（OH）₄产品在用硫酸溶解后生成了Ce⁴⁺，所以用还原剂滴定该溶液，Ce⁴⁺变成了Ce³⁺，而Fe²⁺被氧化成了Fe³⁺，所以根据电子的是守恒计算，n[Ce（OH）₄]=n（FeSO₄）=cV=0.1000 mol•L^-1×V×10^-3L=$\frac{1.00g×97%}{208g/mol}$，V=46.6，用氯化亚铁代替硫酸亚铁，氯离子能被Ce⁴⁺氧化，所以会使氯化亚铁的体积偏小，所以测得的Ce（OH）₄产品的质量分数偏低，
故答案为：46.6；偏低．

点评 本题工艺流程为基础，考查化学实验基本操作、铈等元素的单质及化合物的知识及应用、化学计算、氧化还原反应等相关知识，难度较大．