Question

3．鈰是一種重要的稀土金屬元素，納米CeO₂可作拋光材料、催化劑載體（助劑）、汽車尾氣吸收劑等，制備納米CeO₂的工藝流程如下（高鈰中Ce顯+4價）：

回答下列問題：
（1）酸浸過程中，為了加快酸浸速率．可以采取的措施有將鈰礦石粉碎或加熱提高反應(yīng)溫度或適當(dāng)增大硫酸的濃度等（寫一條即可）．
（2）H₂O₂的作用是將高鈰硫酸鹽還原．
（3）為了使硫酸鈰溶液中的Ce³⁺沉淀完全，需加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH至少為9．（已知：Ksp[Ce（OH）₃]=1.0×10^-20，當(dāng)離子濃度≤1.0×10^-5mol/L，認(rèn)為離子沉淀完全）
（4）氧化過程中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：4
（5）檢驗制備的CeO₂是否為納米級的方法是將產(chǎn)品分散至水中，用一束強光照射，若產(chǎn)生丁達爾效應(yīng)，則制備的CeO₂為納米級．
（6）高鈰離子被還原的速率與溫度的關(guān)系如圖所示．圖象中，溫度高于T₀時，高鈰離子被還原的速率逐漸減小的原因是溫度越高，雙氧水的分解速率越快，使得溶液中雙氧水的濃度減小，反應(yīng)速率減慢．

（7）測定Ce（OH）₄樣品純度：取mg樣品用適量稀硫酸溶解后，加蒸餾水稀釋至250mL．準(zhǔn)確量取出20.00mL溶液于錐形瓶中，滴加幾滴指示劑，用c mol/L的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點并記錄消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，將上述步驟重復(fù)3次，記錄消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均體積為VmL．產(chǎn)品的純度為$\frac{2.6cV}{m}$×100%．

Answer 1

分析 鈰礦石加入硫酸酸浸得到高鈰硫酸鹽，加入過氧化物稀硫酸還原高鈰硫酸鹽得到硫酸鈰溶液，加入氨水生成Ce（OH）₂沉淀，通入氧氣氧化得到Ce（OH）₄，分解得到CeO₂，
（1）酸浸過程中，為了加快酸浸速率，可以升溫、增大濃度、增大接觸面積等措施加快浸出速率；
（2）過氧化氫還原高鈰硫酸鹽得到硫酸鈰溶液；
（3）Ksp[Ce（OH）₃]=1.0×10^-20，當(dāng)離子濃度≤1.0×10^-5mol/L，認(rèn)為離子沉淀完全，依據(jù)溶度積常數(shù)計算得到氫氧根離子濃度；
（4）氧化過程中Ce（OH）₂沉淀通入氧氣氧化得到Ce（OH）₄，氧氣為氧化劑，Ce（OH）₂沉為還原劑，依據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計算氧化劑和還原劑物質(zhì)的量之比；
（5）制備的CeO₂是否為納米級，溶于水利用膠體的丁達爾效應(yīng)檢驗；
（6）過氧化氫在外地升高時會分解，還原劑濃度減小，反應(yīng)速率減小；
（7）Fe²⁺將四價鈰還原成Ce³⁺，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒n[Ce（OH）₄]=n[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂]，進而計算產(chǎn)品純度．

解答 解：（1）將鈰礦石粉碎或加熱提高反應(yīng)溫度或適當(dāng)增大硫酸的濃度等都可以加快酸浸速率，
故答案為：將鈰礦石粉碎或加熱提高反應(yīng)溫度或適當(dāng)增大硫酸的濃度等；
（2）過氧化氫還原高鈰硫酸鹽得到硫酸鈰溶液，
故答案為：將高鈰硫酸鹽還原；
（3）Ksp[Ce（OH）₃]=c（Ce³⁺）c³（OH^-）=1.0×10^-20，當(dāng)離子濃度≤1.0×10^-5mol/L，c³（OH^-）=$\frac{1.0×1{0}^{-20}}{1.0×1{0}^{-5}}$=1.0×10^-15，
c（OH^-）=1.0×10^-5mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-5}}$=10^-9mol/L，需加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH至少為9，
故答案為：9；
（4）氧化過程中，4Ce（OH）₃+2H₂O+O₂=4Ce（OH）₄，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：4，
故答案為：1：4；
（5）檢驗制備的CeO₂是否為納米級的方法是利用膠體的特征性質(zhì)，將產(chǎn)品分散至水中，用一束強光照射，若產(chǎn)生丁達爾效應(yīng)，則制備的CeO₂為納米級，
故答案為：用一束強光照射，若產(chǎn)生丁達爾效應(yīng)，則制備的CeO₂為納米級；
（6）高鈰離子被還原的速率與溫度的關(guān)系如圖2所示．圖象中，溫度高于T₀時，高鈰離子被還原的速率逐漸減小的原因是：溫度越高，雙氧水的分解速率越快，使得溶液中雙氧水的濃度減小，反應(yīng)速率減慢，
故答案為：溫度越高，雙氧水的分解速率越快，使得溶液中雙氧水的濃度減小，反應(yīng)速率減慢；
（7）Fe²⁺將四價鈰還原成Ce³⁺，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒：n[Ce（OH）₄]=n[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂]=V×10^-3L×cmol•L^-1×$\frac{250ml}{20ml}$=0.0125cVmol，則m[Ce（OH）₄]=208g/mol×0.0125cVmol=2.6cV g
故樣品的純度為$\frac{2.6cVg}{mg}$×100%=$\frac{2.6cV}{m}$×100%，
故答案為：$\frac{2.6cV}{m}$×100%．

點評 本題考查了物質(zhì)組成和成分的探究、物質(zhì)的分離提純方法、滴定實驗過程分析和計算等，為高考常見題型，側(cè)重分析、推斷及實驗?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．