Question

【題目】鈰是稀土中豐度最高的元素，其在電子材料、催化劑等方面的應(yīng)用廣泛�，F(xiàn)以氟碳鈰礦(含CeFCO3、BaO、SiO2等)為原料制備氧化鈰(CeO2)，并測定其純度。其工藝流程如下：

已知：①稀土離子易和SO形成復(fù)鹽沉淀：

Ce2(SO4)3＋Na2SO4＋nH2O==== Ce2(SO4)3·Na2SO4·nH2O↓(復(fù)鹽沉淀)；

②硫脲：一種有機(jī)物，結(jié)構(gòu)簡式為，酸性條件下易被氧化為(SCN2H3)2；

③Ce3＋在空氣中易被氧化為Ce4＋；

回答下列問題：

(1)焙燒時(shí)，為了提高焙燒效率，可采取的措施有________________________________________

(2)CeFCO3中Ce元素的化合價(jià)為___________，濾渣A的主要成分是_____________

(3)焙燒后加入硫酸浸出，稀土的浸出率和硫酸濃度、溫度有關(guān)，如圖所示，應(yīng)選擇的適宜的條件為___________，硫酸濃度過大時(shí)，浸出率減小的原因是__________。

(4)加入硫脲的目的是將Ce4＋還原為Ce3＋，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________。

(5)步驟③加入鹽酸后，通常還需加入H2O2，其主要目的為_________。

(6)步驟④的離子方程式為________________________。

(7)取所得產(chǎn)品CeO2 8.0g，用30 mL高氯酸和20 mL磷酸混合液加熱溶解，冷卻至室溫后，配成250 mL溶液。取25.00 mL溶液用0.2000 mol·L－1硫酸亞鐵銨[(NH4)2Fe(SO4)2]溶液滴定，已知滴定時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為Fe2＋＋Ce4＋==== Fe3＋＋Ce3＋，達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)消耗硫酸亞鐵銨溶液20.50 mL，則該產(chǎn)品的純度為____________。

Answer 1

【答案】將氟碳鈰礦粉碎以增大接觸面積或延長焙燒時(shí)間 ＋3價(jià) BaSO4和SiO2 溫度85℃、c(H＋)2.5mol/L 溶液中c(SO)增大，易和稀土離子形成復(fù)鹽沉淀而使浸出率降低 2Ce(SO4)2＋2==== Ce2(SO4)3＋(SCN2H3)2＋H2SO4 防止Ce3＋被氧化 2Ce3＋＋6HCO==== Ce2(CO3)3↓＋3CO2↑＋3H2O 88.15%

【解析】

氟碳鈰礦(含CeFCO3、BaO、SiO2等)在空氣中焙燒，Ce元素被氧化，得到CeO2、CeF4，之后用稀硫酸浸取，得到的濾渣A為難溶物BaSO4以及SiO2，濾液A中主要含有Ce4+、Fˉ等，相繼加入硫脲和硫酸鈉，根據(jù)題目已知信息可知Ce元素轉(zhuǎn)化為Ce2(SO4)3·Na2SO4·nH2O沉淀，依次加入NaOH溶液和稀鹽酸，得到含Ce3+的溶液，然后向溶液中加入碳酸氫銨，碳酸氫根電離出的碳酸根與Ce3+結(jié)合得到Ce2(CO3)3沉淀，高溫灼燒得到CeO2。

(1)將氟碳鈰礦粉碎以增大接觸面積或延長焙燒時(shí)間都可以提高焙燒效率；

(2)CeFCO3中F為-1價(jià)，O為-2價(jià)，C為+4價(jià)，所以Ce為+3價(jià)；濾渣A主要為難溶物BaSO4和SiO2；

(3)據(jù)圖可知當(dāng)c(H＋)=2.5mol/L浸出率最高，溫度為85℃時(shí)浸出率最高，所以適宜的條件為溫度85℃、c(H＋)=2.5mol/L；根據(jù)題目已知信息可知溶液中c(SO)增大，易和稀土離子形成復(fù)鹽沉淀而使浸出率降低；

(4)根據(jù)題目信息可知反應(yīng)過程中被氧化成(SCN2H3)2，而Ce4＋被還原為Ce3＋，根據(jù)電子守恒可得化學(xué)方程式為2Ce(SO4)2＋2===Ce2(SO4)3＋(SCN2H3)2＋H2SO4；

(5)加入雙氧水可以防止Ce3＋被氧化；

(6)含Ce3+溶液中加入碳酸氫銨溶液，碳酸氫根電離出的碳酸根與Ce3+結(jié)合生成沉淀，促進(jìn)碳酸氫根的電離，所以會(huì)產(chǎn)生大量氫離子，氫離子又和碳酸氫根結(jié)合生成二氧化碳和水，所以離子方程式為2Ce3＋＋6HCO===Ce2(CO3)3↓＋3CO2↑＋3H2O；

(7)根據(jù)滴定時(shí)發(fā)生的反應(yīng)可知25.00mL溶液中n(Ce4+)=n{[(NH4)2Fe(SO4)2]}=0.2000mol/L×0.0205L=0.0041mol，則樣品中n(Ce4+)=0.0041mol×=0.041mol，n(CeO2)=n(Ce4+)=0.041mol，所以樣品的純度為100%=88.15%。