Question

【題目】二氧化鈰(CeO2)是一種重要的稀土化合物。以氟碳鈰礦(主要含CeCO3F)為原料制備CeO2的一種工藝流程如下:

已知:i.Ce4+能與F-結(jié)合成[CeFx](4-x)+,也能與SO42-結(jié)合成[CeSOa4]2+;

ii.在硫酸體系中Ce4+能被萃取劑[(HA)2]萃取，而Ce3+不能

iii.常溫下,Ce2(CO3)3飽和溶液濃度為1.0×10-6mol/L。請(qǐng)回答下列問題:

（1）鈰的原子序數(shù)是58，它在元素周期表的位置是_________________________。

（2）“氧化焙燒”過程中可以加快反應(yīng)速率和提高原料利用率的方法是____________________、_________________(寫出2種即可)。

（3）“氧化焙燒”產(chǎn)物CeO2與稀H2SO4反應(yīng)的離子方程式為________________。浸出的過程中常加入適量的Na2SO4濃溶液，其作用是_____________________________。

（4）“萃取”時(shí)存在反應(yīng):Ce4++n(HA)2Ce(H2n-4A2n)+4H+。萃取后水層中還存在的含鈰元素的微粒主要是__________，經(jīng)處理后可循環(huán)使用。

（5）“反萃取”中加H2O2的主要反應(yīng)離子方程式為_______________________。在“反萃取”后所得水層中加入1.0mol/L的NH4HCO3溶液，產(chǎn)生Ce2(CO3)3沉淀，當(dāng)Ce3+沉淀完全時(shí)[c(Ce3+)=1×10-5mol/L]，溶液中c(CO32-)約為______________。

（6）CeO2是汽車尾氣凈化催化劑的關(guān)鍵成分，它能在還原氣氛中供氧，在氧化氣氛中耗氧。在尾氣消除過程中發(fā)生著CeO2CeO2(1-x)+xO2↑(0≤x≤0.25)的循環(huán)。請(qǐng)寫出CeO2消除CO尾氣的化學(xué)方程式_____________________________。

Answer 1

【答案】 第六周期 III B族 礦石粉碎成細(xì)小顆粒 通入大量空氣 CeO2+4H++SO42-[CeSO4]2++H2O 增大c(SO42-)，以提高[CeSO4]2+的浸出率 [CeSO4]2+、Ce4+ 2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+ 1×10-6mol/L 2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2

【解析】（1）根據(jù)稀有氣體氙的原子序數(shù)為54，位于第5周期0族，因此下推一個(gè)周期，即第6周期，第IA族，IIA族，原子序數(shù)分別為55、56，接下來為鑭系，57-71之間，位于第六周期、III B族；所以鈰的原子序數(shù)是58，位于第六周期、III B族；正確答案：第六周期、III B族。

（2）“氧化焙燒”過程中可以加快反應(yīng)速率和提高原料利用率的方法是礦石粉碎成細(xì)小顆粒、通入大量空氣等；正確答案：礦石粉碎成細(xì)小顆粒、通入大量空氣。

（3）由題意Ce4+能與SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+，則“氧化焙燒”產(chǎn)物CeO2與稀H2SO4反應(yīng)的離子方程式為CeO2+4H++SO42-[CeSO4]2++H2O；正確答案：CeO2+4H++SO42-[CeSO4]2++H2O 。隨著溶液中c(SO42-)增大，水層中Ce4+與SO42-結(jié)合成[CeSO4]2+,導(dǎo)致萃取平衡向生成[CeSO4]2+方向移動(dòng)，以提高[CeSO4]2+的浸出率；正確答案：CeO2+4H++SO42-[CeSO4]2++H2O；增大c(SO42-)，以提高[CeSO4]2+的浸出率。

（4）“萃取”時(shí)存在反應(yīng)：Ce4++n(HA)2Ce(H2n-4A2n)+4H+，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，萃取后水層中還存在的含鈰元素的微粒主要是[CeSO4]2+、Ce4+，經(jīng)處理后可循環(huán)使用；正確答案：[CeSO4]2+、Ce4+。

（5）根據(jù)流程圖，“反萃取”中加H2O2后Ce4+轉(zhuǎn)化為Ce3+，說明H2O2作還原劑，被Ce4+氧化生成氧氣，反應(yīng)的離子方程式為：2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+ ；由題意可知，常溫下，Ce2(CO3)3飽和溶液濃度為1.0×10-6mol·L-1，則Ksp[Ce2(CO3)3]=(210-6)2(310-6)3=1.0810-28，當(dāng)Ce3+沉淀完全時(shí)[c(Ce3+)=1×10-5mol·L-1]，溶液中c(CO32-)為110-6mol/L；正確答案：2Ce4++H2O2=2Ce3++O2↑+2H+ ；1×10-6mol/L。

（6）CeO2消除CO尾氣的過程中，CO是還原劑被CeO2氧化為CO2，CeO2作氧化劑，被CO還原為CeO2(1-x)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2；正確答案：2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2。