Question

【題目】稀土是一種重要的戰略資源。氟碳鈰礦主要化學成分為CeFCO3，它是提取鈰等稀土元素的重要礦物原料。氟碳鈰礦的冶煉工藝流程如下：

已知:i．鈰的常見化合價為+3、+4。焙燒后鈰元素轉化成CeO2和CeF4。四價鈰不易進入溶液，而三價稀土元素易進入溶液。

ii．酸浸II中發生反應：

9CeO2 + 3CeF4 + 45HCl + 3H3BO3 = Ce(BF4)3↓+ 11CeCl3 + 6Cl2↑+ 27H2O

請回答下列問題：

（1）①焙燒氟碳鈰礦的目的是______________________________________。

②焙燒后產生的CeO2是汽車尾氣凈化催化劑的關鍵成分，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生著CeO2CeO2(1-x)+xO2↑的循環。寫出CeO2消除CO尾氣的化學方程式：___________________________________________。

（2）在酸浸I中用鹽酸浸出時，有少量鈰進入濾液，且產生黃綠色氣體。少量鈰進入稀土溶液發生反應的離子方程式是_________________________________________________________

（3）向Ce(BF4)3中加入KCl溶液的目的是_____________________________________。

（4）操作I的名稱為__________，在實驗室中進行操作II時所需要的硅酸鹽儀器有______。

（5）“操作I”后，向溶液中加入NaOH溶液來調節溶液的pH,以獲得Ce(OH)3沉淀，常溫下加入NaOH調節溶液的pH應大于_______即可認為Ce3 +已完全沉淀。

(已知:Ksp[Ce(OH)3]=1.0×10-20 )

（6）取上述流程中得到的Ce(OH)4產品5.000 g，加酸溶解后，向其中加入含0.03300 molFeSO4的FeSO4溶液使Ce4 +全部被還原成Ce3 +，再用0.1000 mol·L－1的酸性KMnO4標準溶液滴定至終點時，消耗20.00 mL標準溶液。則該產品中Ce(OH)4的質量分數為________(已知氧化性：Ce4+＞KMnO4； Ce(OH)4的相對分子質量為208)。

Answer 1

【答案】將鈰氧化為四價便于與其他稀土元素分離 2xCO + CeO2 = CeO2(1-x) + 2xCO2 8H++2Cl-+2CeO2=2Ce3++Cl2↑+4H2O 避免Ce3+以Ce(BF4)3形式沉淀而損失（或將Ce3+全部轉化為CeCl3，提高產率 過濾 分液漏斗、燒杯 9 95.68%

【解析】

氟碳鈰礦主要化學成分為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，經過分液將溶液中的Ce3+萃取出來，再加入稀硫酸得含有Ce3+的溶液，調節溶液的pH值得Ce(OH)3沉淀，再經過氧氣氧化，過濾、洗滌、干燥可得Ce(OH)4產品，以此解答該題。

(1)①通過焙燒氟碳鈰礦，可將鈰氧化為四價，便于與其他稀土元素分離。②尾氣消除過程中發生著CeO2CeO2(1-x)+xO2↑(0≤x≤0.25)的循環，可知CeO2具有氧化性，可氧化CO生成CO2，則CeO2消除CO尾氣的化學方程式為2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2；(2)在酸浸I中用鹽酸溶解CeO2，有少量鈰進入濾液，可知有Ce3+生成，且產生黃綠色氣體，此氣體為Cl2，則此時發生反應的離子方程式是8H++2Cl-+2CeO2=2Ce3++Cl2↑+4H2O；(3)向Ce(BF4)3中加入KCl溶液生成CeCl3和KBF，這樣做的目的是避免三價鈰以Ce(BF4)3沉淀的形式損失或除去BF4-或提高CeCl3的產率；(4)操作I為固液分離，應選擇過濾操作；操作II為萃取，則所需要的硅酸鹽儀器有分液漏斗、燒杯；(5)溶液中的C(Ce3+)等于1×10-5molL-1，可認為Ce3+沉淀完全，根據KSP[Ce(OH)3]=C(Ce3+)C3(OH-)=1×10-20可知，C(OH-)=molL-1=1×10-5molL-1，此時溶液的PH為9，即加入NaOH調節溶液的pH應大于9即可認為Ce3 +已完全沉淀；(6)用0.1000 mol·L－1的酸性KMnO4標準溶液滴定至終點時，消耗20.00 mL標準溶液，主要是氧化溶液中剩余的Fe2+，根據電子守恒剩余Fe2+的物質的量為0.1000 mol·L－1×0.02L×=0.01mol，則還原Ce4 +消耗的Fe2+的物質的量為0.03300 mol-0.01mol=0.02300mol，根據Ce4 ++ Fe2+= Fe3++ Ce3 +，則Ce4 +的物質的量為0.02300mol，該產品中Ce(OH)4的質量分數為=95.68%。