7.二氧化鈰(CeO2)是一種重要的稀土氧化物.以氟碳鈰礦(主要含CeFCO3)為原料制備CeO2的一種工藝流程如圖1:

已知:①Ce4+既能與F-結(jié)合成[CeFx](4-x)+,也能與SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+
②在硫酸體系中Ce4+能被萃取劑[(HA)2]萃取,而Ce3+不能.
回答下列問題:
(1)“氧化焙燒”前需將礦石粉碎成細(xì)顆粒,其目的是增大固體和氧氣的接觸面積,反應(yīng)更充分.
(2)“酸浸”中會產(chǎn)生大量黃綠色氣體,寫出CeO2與鹽酸反應(yīng)的離子方程式:2Cl-+8H++2CeO2=2Ce3++4H2O+Cl2↑;為避免產(chǎn)生上述污染,請?zhí)岢鲆环N解決方案:用硫酸代替鹽酸.
(3)“萃取”時存在反應(yīng):Ce4++n(HA)2?Ce•(H2n-4A2n)+4H+.實驗室中萃取時用到的主要玻璃儀器名稱為分液漏斗;
圖2中D是分配比,表示Ce(IV)分別在有機層中與水層中存在形式的物質(zhì)的量濃度之比(D=$\frac{c[Ce•({H}_{2n-4}{A}_{2n})]}{c(CeS{{O}_{4}}^{2-})}$).保持其它條件不變,若在起始料液中加入不同量的Na2SO4以改變水層中的c(SO42-),D隨起始料液中c(SO42-)變化的原因:隨著c(SO42-)增大,水層中Ce4+被SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+,導(dǎo)致萃取平衡向左移動,D迅速減。
(4)“反萃取”中,在稀硫酸和H2O2的作用下CeO2轉(zhuǎn)化為Ce3+,H2O2在該反應(yīng)中作還原劑(填“催化劑”、“氧化劑”或“還原劑”),每有1mol H2O2參加反應(yīng),轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol.
(5)“氧化”步驟的化學(xué)方程式為2Ce(OH)3+NaClO+H2O=2Ce(OH)4+NaCl.
(6)取上述流程中得到的CeO2產(chǎn)品0.4500g,加硫酸溶解后,用0.1000mol•L-1FeSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點時(鈰被還原為Ce3+,其它雜質(zhì)均不反應(yīng)),消耗25.00mL標(biāo)準(zhǔn)溶液.該產(chǎn)品中CeO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95.60%.

分析 氟碳鈰礦(主要含CeFCO3),“氧化焙燒”的目的是將+3價鈰氧化成+4價,Ce4+能與F-結(jié)合成[CeFx](4-x)+,以便后續(xù)的提取,加稀硫酸,與SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+,加萃取劑,氟洗液,硫酸體系中Ce4+能被萃取劑[(HA)2]萃取,而Ce3+不能,加“反萃取”加H2O2,又將Ce4+還原為Ce3+,發(fā)生反應(yīng)2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+,加入堿后Ce3+轉(zhuǎn)化為沉淀,通入氧氣講Ce從+3氧化為+4,得到產(chǎn)品,
(1)氧化焙燒”前需將礦石粉碎成細(xì)顆粒是為了增加固體與氧氣接觸面積燃燒充分,增大固體和氧氣的接觸面積,反應(yīng)更充分;
(2)“酸浸”中會產(chǎn)生大量黃綠色氣體應(yīng)為氯氣,CeO2與鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Ce3+和氯氣,可以用硫酸代替鹽酸而避免產(chǎn)生氯氣污染;
(3)實驗室中萃取時用到的主要玻璃儀器名稱為分液漏斗,根據(jù)平衡:Ce4++n(HA)2?Ce•(H2n-4A2n)+4H+,加入Na2SO4時,隨著c(SO42-)增大,水層中Ce4+被SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+,導(dǎo)致萃取平衡向左移動,D迅速減。
(4)“反萃取”加H2O2的作用是將Ce4+離子重新還原為Ce3+,反應(yīng)的離子方程式為2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+;
(5)“氧化”步驟中用次氯酸鈉將Ce3+氧化成Ce4+,根據(jù)元素守恒和電荷守恒書寫離子方程式;
(6)根據(jù)電子得失守恒可得關(guān)系式CeO2~FeSO4,根據(jù)FeSO4的物質(zhì)的量可計算出CeO2的質(zhì)量,進(jìn)而確定產(chǎn)品中CeO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù);

解答 解:氟碳鈰礦(主要含CeFCO3),“氧化焙燒”的目的是將+3價鈰氧化成+4價,Ce4+能與F-結(jié)合成[CeFx](4-x)+,以便后續(xù)的提取,加稀硫酸,與SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+,加萃取劑,氟洗液,硫酸體系中Ce4+能被萃取劑[(HA)2]萃取,而Ce3+不能,加“反萃取”加H2O2,又將Ce4+還原為Ce3+,發(fā)生反應(yīng)2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+,加入堿后Ce3+轉(zhuǎn)化為沉淀,通入氧氣講Ce從+3氧化為+4,得到產(chǎn)品,
(1)“氧化焙燒”前需將礦石粉碎成細(xì)顆粒,其目的是增大固體和氧氣的接觸面積,反應(yīng)更充分,
故答案為:增大固體和氧氣的接觸面積,反應(yīng)更充分;
(2)“酸浸”中會產(chǎn)生大量黃綠色氣體應(yīng)為氯氣,CeO2與鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Ce3+和氯氣,反應(yīng)的離子方程式為2Cl-+8H++2CeO2=2Ce3++4H2O+Cl2↑,可以用硫酸代替鹽酸而避免產(chǎn)生氯氣污染,
故答案為:2Cl-+8H++2CeO2=2Ce3++4H2O+Cl2↑;用硫酸代替鹽酸;
(3)實驗室中萃取時用到的主要玻璃儀器名稱為分液漏斗,根據(jù)平衡:Ce4++n(HA)2?Ce•(H2n-4A2n)+4H+,加入Na2SO4時,隨著c(SO42-)增大,水層中Ce4+被SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+,導(dǎo)致萃取平衡向左移動,D迅速減小,
故答案為:分液漏斗;隨著c(SO42-)增大,水層中Ce4+被SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+,導(dǎo)致萃取平衡向左移動,D迅速減;
(4)“反萃取”加H2O2的作用是將Ce4+離子重新還原為Ce3+,反應(yīng)的離子方程式為2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+,H2O2在該反應(yīng)中作還原劑,每有1mol H2O2參加反應(yīng),轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol,
故答案為:還原劑;2mol;
(5)“氧化”步驟中用次氯酸鈉將Ce3+氧化成Ce4+,反應(yīng)的離子方程式為2Ce32Ce(OH)3+NaClO+H2O=2Ce(OH)4+NaCl,
故答案為:2Ce(OH)3+NaClO+H2O=2Ce(OH)4+NaCl;
(6)FeSO4的物質(zhì)的量為0.1000mol•L-1×0.025L=0.0025mol,根據(jù)電子得失守恒可得關(guān)系式CeO2~FeSO4,所以CeO2的質(zhì)量為0.0025×172g=0.4300g,產(chǎn)品中CeO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.4300g}{0.4500g}$×100%=95.60%,
故答案為:95.60%.

點評 本題考查物質(zhì)分離和提純,為高頻考點,涉及物質(zhì)分離和提純方法選取、氧化還原反應(yīng)等知識點,明確反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵,知道流程圖中發(fā)生的反應(yīng)及基本操作方法,題目難度中等.

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

17.已知0.3mol C在0.2mol O2中燃燒,至反應(yīng)物耗盡,并放出X kJ熱量.已知單質(zhì)碳的燃燒熱為Y kJ/mol,則1mol C與O2反應(yīng)生成CO的反應(yīng)熱△H為(  )
A.-Y kJ/molB.-(5X-0.5Y)kJ/molC.-(10X-Y)kJ/molD.+(10X-Y)kJ/mol

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

18.短周期元素X、Y、Z、W在元素周期表中的相對位置如圖所示,其中Z為地殼中含量最高的金屬元素.下列說法正確的是( 。
X
YZW
A.工業(yè)上電解ZW3飽和溶液冶煉金屬Z
B.元素X的最高正價與W的最高正價相同
C.簡單離子半徑的大小順序:r(X-)<r(Y+
D.Y、W的最高價氧化物的水化物均能溶解金屬Z

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

15.實驗室里用二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)來制取適量的氯氣,反應(yīng)方程式為:MnO2+4HCl(濃)$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ MnCl2+Cl2↑+2H2O.現(xiàn)用100mL的濃鹽酸與二氧化錳反應(yīng),生成的氯氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況時的體積為5.6L,計算:
(1)寫出實驗室制備氯氣的離子反應(yīng)方程式,并用雙線橋標(biāo)出電子的轉(zhuǎn)移.
(2)被氧化的HCl的物質(zhì)的量多少?
(3)電子轉(zhuǎn)移物質(zhì)的量是多少?

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:解答題

2.如圖表示各物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系.已知:A、H為金屬單質(zhì),D、F為非金屬單質(zhì),X常溫下為無色液體,B為淡黃色固體,J溶于酸得到黃色溶液.

請按要求填空:
(1)寫出B的電子式:
(2)寫出生成E的電極反應(yīng)式:Fe+2OH--2e-=Fe(OH)2,
(3)反應(yīng)①的化學(xué)方程式是3Fe+4H2O $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Fe3O4+4H2,在實驗室中引發(fā)反應(yīng)④的操作是加入少量KClO3,在KClO3上插上鎂條并點燃鎂條.
(4)反應(yīng)⑥的離子方程式是2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:實驗題

12.某同學(xué)為探究元素周期表中元素性質(zhì)的遞變規(guī)律,設(shè)計了如下系列實驗.
Ⅰ.(1)將鈉、鉀、鎂、鋁各1mol分別投入到足量的同濃度的鹽酸中,試預(yù)測實驗結(jié)果:鉀與鹽酸反應(yīng)最劇烈,鋁與鹽酸反應(yīng)的速度最慢;鋁與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體最多.
(2)向Na2S溶液中通入氯氣出現(xiàn)黃色渾濁,可證明Cl的非金屬性比S強,反應(yīng)的離子方程式為S2-+Cl2═S↓+2Cl-
Ⅱ.利用如圖裝置可驗證同主族元素非金屬性的變化規(guī)律
(3)儀器A的名稱為分液漏斗,干燥管D的作用為防止倒吸.
(4)若要證明非金屬性:Cl>I,則A中加濃鹽酸,B中加KMnO4(KMnO4與濃鹽酸常溫下反應(yīng)生成氯氣),C中加淀粉碘化鉀混合溶液,觀察到C中溶液變藍(lán)的現(xiàn)象,即可證明.從環(huán)境保護(hù)的觀點考慮,此裝置缺少尾氣處理裝置,可用NaOH溶液吸收尾氣.寫出該反應(yīng)的離子方程式Cl2+2OH-═Cl-+ClO-+H2O.

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

19.阿伏加德羅常數(shù)為 NA,下列說法正確的是( 。
A.1 mol 鈉與氧氣反應(yīng)生成 Na2O 或 Na2O2時,失電子數(shù)目均為 NA
B.1 mol/L 的 NaOH 溶液中含 Na+數(shù)目為 NA
C.標(biāo)準(zhǔn)狀況下,2.24LC6H6 所含的分子數(shù)目為 0.1NA
D.1 mol Na2O2 中含有的陰離子數(shù)目為 2NA

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

16.工業(yè)上將Na2CO3和Na2S以1:2的物質(zhì)的量之比配成溶液,再通入SO2,可制取Na2S2O3,同時放出CO2.在該反應(yīng)中(  )
A.硫元素既被氧化又被還原
B.氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1:2
C.每生成1molNa2S2O3,轉(zhuǎn)移4mol電子
D.相同條件下,每吸收10m3SO2就會放出5m3CO2

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科目:高中化學(xué) 來源: 題型:選擇題

17.N2O俗稱“笑氣”.它屬于( 。
A.氧化物B.C.D.單質(zhì)

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同步練習(xí)冊答案