Question

【題目】工業上利用氟碳鈰礦（主要成分CeCO3F）提取CeCl3的一種工藝流程如下：

請回答下列問題：

（1）CeCO3F中，Ce元素的化合價為_________。

（2）酸浸過程中可用稀硫酸和H2O2替換HCl，優點為____________；寫出稀硫酸、H2O2與CeO2反應的離子方程式：______________。

（3）寫出Ce(BF4)3中加入KCl溶液反應的離子方程式：__________。

（4）化學家研究發現，SbF5能將MnF4從離子[SbF6]2-的鹽反應得到，SbF5轉化成穩定離子[SbF6]-的鹽。而SbF4很不穩定，受熱易分解為SbF3和F2。根據據以上研究寫出以K2MnF6和SbF5為原料，在 423 K 的溫度下制備F2的化學方程式:______________________。

現代工業以電解熔融的氟氫化鉀(KHF2)和氟化氫(HF)混合物制備氟單質，電解制氟裝置如圖所示。 已知KHF2是一種酸式鹽，寫出陰極上發生的電極反應式_______。電解制氟時，要用鎳銅合金隔板將兩種氣體產物嚴格分開的原因是________。

（5）已知25 ℃時，HF的電離平衡常數Ka=3.6×10-4，CaF2的溶解積常數Ksp(CaF2)=1.46×10-10。現向1 L 0.2 mol/L HF溶液中加入 1 L 0.2 mol/L CaCl2 溶液，通過列式計算說明是否有沉淀產生：______________。

Answer 1

【答案】 ＋3 避免產生Cl2，不會造成環境污染 H2O2＋2CeO2＋6H＋===2Ce3＋＋4H2O＋O2↑ Ce(BF4)3＋3K+=== 3K BF4＋Ce3＋ 2K2MnF6＋4SbF54KSbF6＋2MnF3＋F2↑ 2HF＋2e－===H2↑＋4F－ 氟氣和氫氣能發生劇烈反應，引發爆炸 c(H＋)＝c(F－)＝mol·L－1＝6×10－3mol·L－1，c(Ca2＋)＝0.1mol·L－1，c2(F－)·c(Ca2＋)＝3.6×10－5×0.1＝3.6×10－6>1.46×10－10，該體系有CaF2沉淀。

【解析】本題考查物質制備工藝流程圖分析、離子方程式的書寫等、電解池、溶度積的應用等。

(1)根據化合物中元素化合價代數和為零可知，Ce元素在CeCO3F化合價為+3；（2）CeO2將鹽酸中Cl—氧化為Cl2，對環境產生污染；若改為稀硫酸和H2O2，CeO2在酸性條件下將中H2O2氧化為O2，避免產生Cl2，不會造成環境污染，其離子方程為 H2O2＋2CeO2＋6H＋===2Ce3＋＋4H2O＋O2↑；（3）根據流程可知Ce(BF4)3中加入KCl生成KBF4沉淀和CeCl3溶液，故其離子反應方程式為：Ce(BF4)3＋3K+=== 3KBF4＋Ce3＋；（4）結合題中信息“SbF5轉化成穩定離子[SbF6]-的鹽”和“SbF4很不穩定，受熱易分解為SbF3和F2”，故K2MnF6和SbF5為原料，在423 K 的溫度下制備F2的化學方程式為：2K2MnF6＋4SbF54KSbF6＋2MnF3＋F2↑；電解池陰極發生還原反應，化合價降低，電解池裝置圖可知，陰極產生氫氣，故陰極的電極反應式為：2HF＋2e－===H2↑＋4F－；電解制氟時，陽極產生的氣體為F2，與陰極產生的氫氣能發生劇烈反應，在暗處就能爆炸，因此電解制氟時，要用鎳銅合金隔板將兩種氣體產物嚴格分開；（5）HFH++F—，由電離常數可知：c(H＋)＝c(F－)＝mol·L－1＝6×10－3mol·L－1，混合液中：c(Ca2＋)＝=0.1mol·L－1，c2(F－)·c(Ca2＋)＝3.6×10－5×0.1＝3.6×10－6>1.46×10－10，該體系有CaF2沉淀。