Question

16．工业上利用氟碳铈矿（主要成分CeCO₃F）提取CeCl₃的一种工艺流程如图：

请回答下列问题：
（1）CeCO₃F中，Ce元素的化合价为+3
（2）氟碳铈矿首先需要灼烧，实验室灼烧氟碳铈矿所需的实验仪器有bdef（填字母）
A．蒸发皿  b．泥三角  c．漏斗  d．酒精灯  e．三脚架  f．坩埚  g．烧杯  h．试管
（3）由CeCl₃溶液得到CeCl₃•6H₂O晶体包含的实验步骤有洗涤、干燥、蒸发浓缩、冷却结晶
（4）酸浸过程中用稀硫酸和H₂O₂替换HCl不会造成环境污染．写出稀硫酸、H₂O₂与CeO₂反应的离子方程式H₂O₂+2CeO₂+6H⁺=2Ce³⁺+4H₂O+O₂↑．
（5）向Ce（BF₄）₃中加入KCl溶液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．
（6）加热CeCl₃•6H₂O和NH₄Cl的固体混合物可得到无水CeCl₃，其中NH₄Cl的作用是NH₄Cl固体受热分解产生HCl，抑制CeCl₃水解
（7）准确称取0.750gCeCl₃样品置于锥形瓶中，加入适量过硫酸铵溶液将Ce³⁺氧化为Ce⁴⁺，然后用0.1000mol．l^-1（NH₄）₂Fe（SO₄）₂标准溶液滴定至终点，消耗25.00ml标准溶液．（已知：Fe²⁺+Ce⁴⁺=Ce³⁺+Fe³⁺）
 ①该样品中CeCl₃的质量分数为82.2%（保留一位小数）．
 ②若使用久置的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂标准溶液进行滴定，测得该CeCl₃样品的质量分数增大（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）

Answer 1

分析 利用氟碳铈矿（主要成分CeCO₃F）提取CeCl₃的一种工艺流程为，CeCO₃F焙烧得CeO₂、CeF₄，用盐酸和硼酸酸浸，过滤得沉淀Ce（BF）₄和CeCl₃滤液，Ce（BF）₄与氯化钾溶液反应得到CeCl₃和KBF，CeCl₃与前面滤液中CeCl₃的合并再加氢氧化钠，得Ce（OH）₃沉淀，Ce（OH）₃沉淀与盐酸反应可得CeCl₃•6H₂O，加热CeCl₃•6H₂O和NH₄Cl的固体混合物可得到无水CeCl₃，
（1）根据化合价代数和为0判断；
（2）灼烧需要泥三角、酒精灯、三脚架、坩埚；
（3）由CeCl₃溶液得到CeCl₃•6H₂O晶体包含的实验步骤有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥；
（4）在酸性条件下H₂O₂能还原CeO₂生成Ce³⁺，根据元素守恒和电荷守恒书写离子方程式；
（5）向Ce（BF₄）₃中加入KCl溶液生成CeCl₃和KBF，防止生成Ce（BF₄）₃沉淀；
（6）NH₄Cl固体受热分解产生HCl，可以抑制CeCl₃水解，据此答题；
（7）①0.1000mol•l^-1（NH₄）₂Fe（SO₄）₂标准溶液体积25.00ml，含有亚铁离子的物质的量为2.5×10^-3mol，根据反应Fe²⁺+Ce⁴⁺═Ce³⁺+Fe³⁺，利用Ce元素守恒可知，可计算出CeCl₃的质量，进而确定样品中CeCl₃的质量分数；
②若使用久置的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂标准溶液进行滴定，由于亚铁离子被空气中氧气氧化，所以会消耗标准液的体积为偏大，据此分析．

解答 解：（1）根据化合价代数和为0可知，CeCO₃F中，Ce元素的化合价为+3价，
故答案为：+3；
（2）灼烧需要泥三角、酒精灯、三脚架、坩埚；
故答案为：bdef；
（3）由CeCl₃溶液得到CeCl₃•6H₂O晶体包含的实验步骤有蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥，
故答案为：蒸发浓缩、冷却结晶；
（4）稀硫酸、H₂O₂与CeO₂反应的离子方程式为：H₂O₂+2CeO₂+6H⁺=2Ce³⁺+4H₂O+O₂↑，
故答案为：H₂O₂+2CeO₂+6H⁺=2Ce³⁺+4H₂O+O₂↑；
（5）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；
（6）由于NH₄Cl固体受热分解产生HCl，抑制CeCl₃水解，所以加热CeCl₃•6H₂O和NH₄Cl的固体混合物可得到无水CeCl₃，
故答案为：NH₄Cl固体受热分解产生HCl，抑制CeCl₃水解；
（7）①0.1000mol•l^-1（NH₄）₂Fe（SO₄）₂标准溶液体积25.00ml，含有亚铁离子的物质的量为2.5×10^-3mol，根据反应Fe²⁺+Ce⁴⁺═Ce³⁺+Fe³⁺，利用Ce元素守恒可知，CeCl₃的质量为2.5×10^-3mol×246.5g/mol=0.6163g，所以样品中CeCl₃的质量分数为$\frac{0.6163}{0.7500}$×100%=82.2%，
故答案为：82.2%；
②若使用久置的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂标准溶液进行滴定，由于亚铁离子被空气中氧气氧化，所以会消耗标准液的体积为偏大，则测得该CeCl₃样品的质量分数偏大，
故答案为：偏大．

点评 本题以提取CeCl₃的一种工艺流程为载体，考查了化合价、离子反应、沉淀溶解平衡的计算、实验基本操作、化学计算等知识，侧重于考查学生的分析问题和解决问题的能量，注意相关基础知识的学习与积累，题目难度中等．