题目内容

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

请回答下列问题：
（1）CeCO3F中，Ce元素的化合价为+3．
（2）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↑．
（3）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．
（4）溶液中的C（Ce3+）等于1×10-5mol•L-1，可认为Ce3+沉淀完全，此时溶液的PH为9．
（已知KSP[Ce（OH）3]=1×10-20）
（5）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．
（6）准确称取0.7500gCeCl3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%．
②若使用久置的（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液进行滴定，测得该CeCl3样品的质量分数偏大（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）

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）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；
（3）向Ce（BF4）3中加入KCl溶液生成CeCl3和KBF，防止生成Ce（BF4）3沉淀；
（4）溶液中的C（Ce3+）等于1×10-5mol•L-1，可认为Ce3+沉淀完全，根据KSP[Ce（OH）3]=C（Ce3+）•C3（OH-） 可计算出溶液中氢氧根离子的浓度，进而确定PH值；
（5）NH4Cl固体受热分解产生HCl，可以抑制CeCl3水解，据此答题；
（6）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：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可知，CeCO3F中，Ce元素的化合价为+3价，
故答案为：+3；
（2）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↑；
（3）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；
（4）溶液中的C（Ce3+）等于1×10-5mol•L-1，可认为Ce3+沉淀完全，根据KSP[Ce（OH）3]=C（Ce3+）•C3（OH-）=1×10-20可知，C（OH-）=$\root{3}{\frac{1×10{\;}^{-20}}{1×10{\;}^{-5}}}$mol•L-1=1×10-5mol•L-1，此时溶液的PH为9，
故答案为：9；
（5）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；
（6）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$\frac{0.6163g}{0.7500g}$×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，侧重分析、推断及实验能力的综合考查，题目难度中等．

练习册系列答案
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