Question

7．稀土是我国战略性资源．氟碳铈矿主要化学成分为CeFCO₃，它是提取铈族稀土元素的重要矿物原料．关于氟碳铈矿的冶炼处理工艺已经发展到十数种，其中一种提取铈的工艺流程如下：

请回答下列问题
（1）为增大反应速率，提高原料的利用率，焙烧前可将矿石粉碎成细颗粒处理．
（2）焙烧过程中产生的SO₃尾气常采用喷淋法净化，再用石灰乳中和；操作I中滤渣的主要成分是CaF₂、CaSO₄．
（3）操作II若在实验室中进行，需要的主要玻璃仪器有分液漏斗、烧杯、玻璃棒等；所用萃取剂HT需具备的条件是①②③．
①HT不溶于水，也不和水反应
②Ce³⁺不和萃取剂HT发生反应
③Ce³⁺在萃取剂HT中溶解度大于水
④萃取剂HT的密度一定大于水
（4）已知有机物HT能将Ce³⁺从水溶液中萃取出来，该过程可表示为：2Ce³⁺ （水层）+6HT（有机层）?2CeT₃（有机层）+6H⁺（水层）
从平衡角度解释：向CeT₃ （有机层）加入稀硫酸获得较纯的含Ce³⁺的水溶液的原因是混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ge³⁺水溶液方向移动．
（5）常温下，含Ce³⁺溶液加碱调至pH=8时，c（Ce³⁺）=b mol•L^-1，已知Ce（OH）₃的溶度积=a，则a和b的关系是a=10^-18b．
（6）写出Ce（OH）₃悬浊液通入氧气得到产品的化学方程式：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄．
（7）取上述流程中得到的Ce（OH）₄产品0.545g，加硫酸溶解后，用0.100 0mol•L^-1 FeSO₄标准溶液滴定至终点时（铈被还原为Ce³⁺），消耗25.00mL标准溶液．该产品中Ce（OH）₄的质量分数为95%[Ce（OH）₄的相对分子质量为208，结果保留两位有效数字]．

Answer 1

分析 氟碳铈矿主要化学成分为CeFCO₃，用硫酸强化焙烧得浸出液中含有，氟离子、铈离子、硫酸等，尾气中主要含有二氧化碳，加入碳酸钙会生成硫酸钙和氟化钙等难溶物为滤渣，和硫酸稀土溶液，在硫酸稀土溶液中加入萃取剂HT，经过分液将溶液中的Ce³⁺萃取出来，再加入稀硫酸得含有Ce³⁺的溶液，调节溶液的pH值得Ce（OH）₃沉淀，再经过氧气氧化，过滤、洗涤、干燥可得Ce（OH）₄产品，
（1）根据影响反应速率的因素可知，为增大反应速率，提高原料的利用率，焙烧前可将矿石粉碎成细颗粒处理；
（2）氟碳铈矿用硫酸强化焙烧得滤液中含有氟离子、铈离子、硫酸等，加入碳酸钙会生成硫酸钙和氟化钙等难溶物，据此答题；
（3）操作II为分液，分液需要的主要玻璃仪器有分液漏斗、烧杯、玻璃棒等；萃取的目的是将溶液中的Ce³⁺萃取出来，根据萃取剂的要求选择；
（4）根据平衡2Ce³⁺ （水层）+6HT（有机层）?2CeT₃（有机层）+6H⁺（水层）可知，加入酸平衡向逆反应方程移动，据此分析；
（5）根据溶度积=c³（OH^-）•c（Ce³⁺），结合pH=8及c（Ce³⁺）=b mol•L^-1，可计算出a和b的关系；
（6）根据流程结合元素守恒可知Ce（OH）₃结合氧气和水生成Ce（OH）₄，据此书写化学方程式；
（7）根据电子得失守恒有关系式Ce（OH）₄～FeSO₄，根据FeSO₄标准溶液中FeSO₄的物质的量可计算出Ce（OH）₄的质量，进而确定Ce（OH）₄的质量分数．

解答 解：（1）根据影响反应速率的因素可知，为增大反应速率，提高原料的利用率，焙烧前可将矿石粉碎成细颗粒处理，
故答案为：粉碎成细颗粒；
（2）氟碳铈矿用硫酸强化焙烧得滤液中含有氟离子、铈离子、硫酸等，加入碳酸钙会生成硫酸钙和氟化钙等难溶物，所以操作I中滤渣的主要成分是CaF₂、CaSO₄，
故答案为：CaF₂、CaSO₄；
（3）操作II为分液，分液需要的主要玻璃仪器有分液漏斗、烧杯、玻璃棒等；萃取的目的是将溶液中的Ce³⁺萃取出来，根据萃取剂的要求选择可知，HT要不溶于水，也不和水反应、Ce³⁺不和萃取剂HT发生反应、Ce³⁺在萃取剂HT中溶解度大于水，故选①②③，
故答案为：分液漏斗；①②③；
（4）根据平衡2Ce³⁺ （水层）+6HT（有机层）?2CeT₃（有机层）+6H⁺（水层）可知，混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ge³⁺水溶液方向移动，
故答案为：混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ge³⁺水溶液方向移动；
（5）根据题意，溶液中c（OH^-）=10^-6 mol•L^-1，根据溶度积=c³（OH^-）•c（Ce³⁺）可知a=（10^-6）³•b，所以a=10^-18b，
故答案为：a=10^-18b；
（6）根据流程结合元素守恒可知Ce（OH）₃结合氧气和水生成Ce（OH）₄，反应的化学方程式为4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄，
故答案为：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄；
（7）根据电子得失守恒有关系式Ce（OH）₄～FeSO₄，FeSO₄标准溶液中FeSO₄的物质的量为0.025×0.1mol=0.0025mol，所以Ce（OH）₄的质量为0.0025mol×208g/mol=0.52g，则样品中Ce（OH）₄的质量分数为$\frac{0.52}{0.545}$×100%=95%，
故答案为：95%．

点评 本题主要考查了影响化学反应速率的因素、物质的分离子操作、化学平衡的移动、氧化还原反应的书写及质量分数的计算，是对化学基础知识的综合考查，对学生综合应用基础知识的能力要求较高，答题时注意守恒的方法及平衡的思想的运用，题目难度中等．