Question

【题目】氟碳铈矿(主要成分为CeFCO3)是提取稀土化合物、冶炼铈的重要矿物原料，以氟碳铈矿为原料提取铈的工艺流程如图所示。回答下列问题：

（1）CeFCO3中Ce的化合价为______。

（2）氧化焙烧后的产物之一为CeO2，则酸浸时发生反应的离子方程式为________。

（3）HT是一种难溶于水的有机溶剂，则操作Ⅰ的名称为_____。

（4）为了提高酸浸率，可以适当提高反应温度，但温度偏高浸出率反而会减小，其原因是___________。

（5）有机物HT能将Ce3+从水溶液中提取出来，该过程可表示为Ce3+ (水层)+3HT(有机层)CeT3 (有机层)+3H+ (水层)。向CeT3(有机层)中加入稀硫酸能获得较纯的含Ce3+水溶液，从平衡角度解释其原因：_________。

（6）已知，298K时，Ksp[Ce(OH)3]=5×l0-20，若溶液中c(Ce3+)=0.05mol·L-1，加碱调节pH到_____时Ce3+开始沉淀（忽略加碱过程中溶液体积变化）。

（7） 写出向Ce(OH)3悬浊液中通入氧气得到产品Ce(OH)4的化学方程式：_____。

Answer 1

【答案】+3 2CeO2+H2O2+6H+ = 2Ce3++O2↑+4H2O 分液 温度升高，双氧水发生分解，造成浸出率偏小 向混合液中加入稀硫酸，使c(H+)增大，平衡向形成Ce3+水溶液方向移动 8 4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4

【解析】

氟碳铈矿主要化学成分为CeFCO3，经氧化焙烧后酸浸，浸出液中含有氟离子、铈离子、硫酸等，尾气中主要含有二氧化碳，浸出液中加入碳酸钙会生成硫酸钙和氟化钙等难溶物滤渣和硫酸稀土溶液，在硫酸稀土溶液中加入萃取剂HT，经过分液将溶液中的Ce3+萃取出来，再加入稀硫酸得含有Ce3+的溶液，调节溶液的pH值得Ce(OH)3沉淀，再经过氧气氧化，过滤、洗涤、干燥可得Ce(OH)4产品；
（1）化合物CeFCO3中元素化合价代数和为0计算Ce的化合价；
（2）SiO2能溶于HF的水溶液，氧化焙烧生成的铈化合物二氧化铈（CeO2），其在酸浸时发生氧化还原反应，还原产物为Ce3+，氧化产物为氧气，根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒可得此反应的离子方程式；互不相溶的液体混合物用分液操作分离；
（3）H2O2不稳定，受热易分解；
（4）根据平衡2Ce3+ （水层）+6HT（有机层）2CeT3（有机层）+6H+（水层）可知，加入酸平衡向逆反应方程移动，据此分析；
（5）根据Ksp[Ce(OH)3]=c(Ce3+)×c3(OH-)和pH=10计算此时溶液中c(Ce3+)，判断是否沉淀完全；
（6）根据流程结合元素守恒可知Ce(OH)3结合氧气和水生成Ce(OH)4，据此书写化学方程式。

(1)CeFCO3中F元素为1价，碳元素为+4价，氧元素为2价，由各元素化合价代数和为0，可计算出Ce元素的化合价为+3；

(2)反应中生成的HF能溶解陶瓷容器中含有的SiO2，则氧化培烧时不能使用陶瓷容器氧化焙烧生成的铈化合物二氧化铈(CeO2)，其在酸浸时发生离子反应为2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O，加入萃取剂HT后，液体混合物分成二层，操作Ⅰ可选用分液进行分离；

(3)H2O2易受热分解，为防止其分解，降低酸浸率，则温度不易太高；

(4)根据平衡2Ce3+ (水层)+6HT(有机层)2CeT3(有机层)+6H+(水层)可知，混合液中加入H2SO4使c(H+)增大，平衡向形成Ce3+水溶液方向移动；

(5)已知Ksp[Ce(OH)3]=c(Ce3+)c3(OH-)=5×l0-20，此时溶液pH=10，即c(OH-)=1×10-4mol/L，则c(Ce3+)=5×10-20(1×10-4)3=5×10-8molL-1<1×105molL1，Ce3+沉淀完全；

(6)根据流程结合元素守恒可知Ce(OH)3结合氧气和水生成Ce(OH)4，反应的化学方程式为4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4。