Question

7．稀土是我國戰(zhàn)略性資源．氟碳鈰礦主要化學(xué)成分為CeFCO₃，它是提取鈰族稀土元素的重要礦物原料．關(guān)于氟碳鈰礦的冶煉處理工藝已經(jīng)發(fā)展到十?dāng)?shù)種，其中一種提取鈰的工藝流程如下：

請回答下列問題
（1）為增大反應(yīng)速率，提高原料的利用率，焙燒前可將礦石粉碎成細(xì)顆粒處理．
（2）焙燒過程中產(chǎn)生的SO₃尾氣常采用噴淋法凈化，再用石灰乳中和；操作I中濾渣的主要成分是CaF₂、CaSO₄．
（3）操作II若在實驗室中進(jìn)行，需要的主要玻璃儀器有分液漏斗、燒杯、玻璃棒等；所用萃取劑HT需具備的條件是①②③．
①HT不溶于水，也不和水反應(yīng)
②Ce³⁺不和萃取劑HT發(fā)生反應(yīng)
③Ce³⁺在萃取劑HT中溶解度大于水
④萃取劑HT的密度一定大于水
（4）已知有機物HT能將Ce³⁺從水溶液中萃取出來，該過程可表示為：2Ce³⁺ （水層）+6HT（有機層）?2CeT₃（有機層）+6H⁺（水層）
從平衡角度解釋：向CeT₃ （有機層）加入稀硫酸獲得較純的含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⁺水溶液方向移動．
（5）常溫下，含Ce³⁺溶液加堿調(diào)至pH=8時，c（Ce³⁺）=b mol•L^-1，已知Ce（OH）₃的溶度積=a，則a和b的關(guān)系是a=10^-18b．
（6）寫出Ce（OH）₃懸濁液通入氧氣得到產(chǎn)品的化學(xué)方程式：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄．
（7）取上述流程中得到的Ce（OH）₄產(chǎn)品0.545g，加硫酸溶解后，用0.100 0mol•L^-1 FeSO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點時（鈰被還原為Ce³⁺），消耗25.00mL標(biāo)準(zhǔn)溶液．該產(chǎn)品中Ce（OH）₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%[Ce（OH）₄的相對分子質(zhì)量為208，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字]．

Answer 1

分析 氟碳鈰礦主要化學(xué)成分為CeFCO₃，用硫酸強化焙燒得浸出液中含有，氟離子、鈰離子、硫酸等，尾氣中主要含有二氧化碳，加入碳酸鈣會生成硫酸鈣和氟化鈣等難溶物為濾渣，和硫酸稀土溶液，在硫酸稀土溶液中加入萃取劑HT，經(jīng)過分液將溶液中的Ce³⁺萃取出來，再加入稀硫酸得含有Ce³⁺的溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值得Ce（OH）₃沉淀，再經(jīng)過氧氣氧化，過濾、洗滌、干燥可得Ce（OH）₄產(chǎn)品，
（1）根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素可知，為增大反應(yīng)速率，提高原料的利用率，焙燒前可將礦石粉碎成細(xì)顆粒處理；
（2）氟碳鈰礦用硫酸強化焙燒得濾液中含有氟離子、鈰離子、硫酸等，加入碳酸鈣會生成硫酸鈣和氟化鈣等難溶物，據(jù)此答題；
（3）操作II為分液，分液需要的主要玻璃儀器有分液漏斗、燒杯、玻璃棒等；萃取的目的是將溶液中的Ce³⁺萃取出來，根據(jù)萃取劑的要求選擇；
（4）根據(jù)平衡2Ce³⁺ （水層）+6HT（有機層）?2CeT₃（有機層）+6H⁺（水層）可知，加入酸平衡向逆反應(yīng)方程移動，據(jù)此分析；
（5）根據(jù)溶度積=c³（OH^-）•c（Ce³⁺），結(jié)合pH=8及c（Ce³⁺）=b mol•L^-1，可計算出a和b的關(guān)系；
（6）根據(jù)流程結(jié)合元素守恒可知Ce（OH）₃結(jié)合氧氣和水生成Ce（OH）₄，據(jù)此書寫化學(xué)方程式；
（7）根據(jù)電子得失守恒有關(guān)系式Ce（OH）₄～FeSO₄，根據(jù)FeSO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液中FeSO₄的物質(zhì)的量可計算出Ce（OH）₄的質(zhì)量，進(jìn)而確定Ce（OH）₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素可知，為增大反應(yīng)速率，提高原料的利用率，焙燒前可將礦石粉碎成細(xì)顆粒處理，
故答案為：粉碎成細(xì)顆粒；
（2）氟碳鈰礦用硫酸強化焙燒得濾液中含有氟離子、鈰離子、硫酸等，加入碳酸鈣會生成硫酸鈣和氟化鈣等難溶物，所以操作I中濾渣的主要成分是CaF₂、CaSO₄，
故答案為：CaF₂、CaSO₄；
（3）操作II為分液，分液需要的主要玻璃儀器有分液漏斗、燒杯、玻璃棒等；萃取的目的是將溶液中的Ce³⁺萃取出來，根據(jù)萃取劑的要求選擇可知，HT要不溶于水，也不和水反應(yīng)、Ce³⁺不和萃取劑HT發(fā)生反應(yīng)、Ce³⁺在萃取劑HT中溶解度大于水，故選①②③，
故答案為：分液漏斗；①②③；
（4）根據(jù)平衡2Ce³⁺ （水層）+6HT（有機層）?2CeT₃（有機層）+6H⁺（水層）可知，混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ge³⁺水溶液方向移動，
故答案為：混合液中加入H₂SO₄使c（H⁺）增大，平衡向形成Ge³⁺水溶液方向移動；
（5）根據(jù)題意，溶液中c（OH^-）=10^-6 mol•L^-1，根據(jù)溶度積=c³（OH^-）•c（Ce³⁺）可知a=（10^-6）³•b，所以a=10^-18b，
故答案為：a=10^-18b；
（6）根據(jù)流程結(jié)合元素守恒可知Ce（OH）₃結(jié)合氧氣和水生成Ce（OH）₄，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄，
故答案為：4Ce（OH）₃+O₂+2H₂O=4Ce（OH）₄；
（7）根據(jù)電子得失守恒有關(guān)系式Ce（OH）₄～FeSO₄，F(xiàn)eSO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液中FeSO₄的物質(zhì)的量為0.025×0.1mol=0.0025mol，所以Ce（OH）₄的質(zhì)量為0.0025mol×208g/mol=0.52g，則樣品中Ce（OH）₄的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.52}{0.545}$×100%=95%，
故答案為：95%．

點評 本題主要考查了影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素、物質(zhì)的分離子操作、化學(xué)平衡的移動、氧化還原反應(yīng)的書寫及質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算，是對化學(xué)基礎(chǔ)知識的綜合考查，對學(xué)生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)知識的能力要求較高，答題時注意守恒的方法及平衡的思想的運用，題目難度中等．