题目内容

7．二氧化铈（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的一种工艺流程如图1：

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，其目的是增大固体和氧气的接触面积，反应更充分．
（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：2Cl-+8H++2CeO2=2Ce3++4H2O+Cl2↑；为避免产生上述污染，请提出一种解决方案：用硫酸代替盐酸．
（3）“萃取”时存在反应：Ce4++n（HA）2?Ce•（H2n-4A2n）+4H+．实验室中萃取时用到的主要玻璃仪器名称为分液漏斗；
图2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（D=$\frac{c[Ce•（{H}_{2n-4}{A}_{2n}）]}{c（CeS{{O}_{4}}^{2-}）}$）．保持其它条件不变，若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：随着c（SO42-）增大，水层中Ce4+被SO42-结合成[CeSO4]2+，导致萃取平衡向左移动，D迅速减小．
（4）“反萃取”中，在稀硫酸和H2O2的作用下CeO2转化为Ce3+，H2O2在该反应中作还原剂（填“催化剂”、“氧化剂”或“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”步骤的化学方程式为2Ce（OH）3+NaClO+H2O=2Ce（OH）4+NaCl．
（6）取上述流程中得到的CeO2产品0.4500g，加硫酸溶解后，用0.1000mol•L-1FeSO4标准溶液滴定至终点时（铈被还原为Ce3+，其它杂质均不反应），消耗25.00mL标准溶液．该产品中CeO2的质量分数为95.60%．

分析 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SO42-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，通入氧气讲Ce从+3氧化为+4，得到产品，
（1）氧化焙烧”前需将矿石粉碎成细颗粒是为了增加固体与氧气接触面积燃烧充分，增大固体和氧气的接触面积，反应更充分；
（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，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，根据平衡：Ce4++n（HA）2?Ce•（H2n-4A2n）+4H+，加入Na2SO4时，随着c（SO42-）增大，水层中Ce4+被SO42-结合成[CeSO4]2+，导致萃取平衡向左移动，D迅速减小；
（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+；
（5）“氧化”步骤中用次氯酸钠将Ce3+氧化成Ce4+，根据元素守恒和电荷守恒书写离子方程式；
（6）根据电子得失守恒可得关系式CeO2～FeSO4，根据FeSO4的物质的量可计算出CeO2的质量，进而确定产品中CeO2的质量分数；

解答 解：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SO42-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，通入氧气讲Ce从+3氧化为+4，得到产品，
（1）“氧化焙烧”前需将矿石粉碎成细颗粒，其目的是增大固体和氧气的接触面积，反应更充分，
故答案为：增大固体和氧气的接触面积，反应更充分；
（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2Cl-+8H++2CeO2=2Ce3++4H2O+Cl2↑，可以用硫酸代替盐酸而避免产生氯气污染，
故答案为：2Cl-+8H++2CeO2=2Ce3++4H2O+Cl2↑；用硫酸代替盐酸；
（3）实验室中萃取时用到的主要玻璃仪器名称为分液漏斗，根据平衡：Ce4++n（HA）2?Ce•（H2n-4A2n）+4H+，加入Na2SO4时，随着c（SO42-）增大，水层中Ce4+被SO42-结合成[CeSO4]2+，导致萃取平衡向左移动，D迅速减小，
故答案为：分液漏斗；随着c（SO42-）增大，水层中Ce4+被SO42-结合成[CeSO4]2+，导致萃取平衡向左移动，D迅速减小；
（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，
故答案为：还原剂；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2Ce32Ce（OH）3+NaClO+H2O=2Ce（OH）4+NaCl，
故答案为：2Ce（OH）3+NaClO+H2O=2Ce（OH）4+NaCl；
（6）FeSO4的物质的量为0.1000mol•L-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$\frac{0.4300g}{0.4500g}$×100%=95.60%，
故答案为：95.60%．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及物质分离和提纯方法选取、氧化还原反应等知识点，明确反应原理是解本题关键，知道流程图中发生的反应及基本操作方法，题目难度中等．

练习册系列答案
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Ⅱ．利用如图装置可验证同主族元素非金属性的变化规律
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