Question

【题目】二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀士氧化物。以氟碳铈矿(主要含CeFCO3)为原料制备CeO2的一种工艺流程如下：

已知：①Ce4+能与SO42-结合成[CeSO4]2+；

②在硫酸体系中Ce4+能被萃取剂[(HA)2 ]萃取，而Ce3+不能。

（1）焙烧过程中发生的主要反应方程式为____________________________________。

（2）“萃取”时存在反应：Ce4+ +n(HA)2Ce·(H2n-4A2n)+4H+。

①实验室中萃取时用到的主要玻璃仪器为烧杯和__________________。

②右图中D是分配比，表示Ce(Ⅳ)分别在有机层中与水层中存在形式的物质的量浓度之比()。保持其它条件不变，在起始料液中加入不同量的Na2SO4以改变水层中的c(SO42-)，D随起始料液中c(SO42-)变化的原因：____________________________________ 。

③在D=80的条件下，取20mL含四价铈总浓度为0. 1mol/L的酸浸液，向其中加入10mL萃取剂(HA)2，充分振荡，静置，水层中c(CeSO42+)=_________。 (结果保留三位有效数字)

（3） “反萃取”中，在稀硫酸和H2O2的作用下CeO2转化为Ce3+。H2O2在该反应中作用与下列反应中H2O2的作用相同的是____________。

A. H2O2和MnO2混合制O2 B.用H2O2处理含酸性K2Cr2O7的废水

C.H2O2和CaO混合制备CaO2 D.用稀硫酸和H2O2的混合液溶解金属Cu

（4）溶液中c(Ce3+)等于1.0×10-5mol·L-1，可认为Ce3+沉淀完全，此时溶液的pH为______________，

(已知298K时，Ksp[Ce(OH)3]=1.0×10-20)；“氧化过滤”步骤中氧化过程的离子方程式为 _____________________________________ 。

（5）取上述流程中得到的CeO2产品m g，加硫酸溶解后，加入V1mL a mol/L FeSO4溶液(足量)，使铈被还原为Ce3+ (其它杂质均不反应，Ce3+为无色)，用bmol/L的标准酸性KMnO4溶液去滴定过量的FeSO4，消耗标准溶液V2mL，则该产品中CeO2的质量分数为______ %；下列选项可能使测定结果偏低的是__________。

A.滴定前平视读数，滴定终点时仰视读数

B.滴定时锥形瓶内溶液变红就立即停止滴定

C.滴定管尖嘴部分滴定前无气泡，滴定终点有气泡

Answer 1

【答案】 4CeFCO3+ O2+2Na2CO34 CeO2+ 4NaF+6CO2 分液漏斗 随着c(SO42-)增大，水层中Ce4+被SO42-结合成[CeSO4]2+，导致萃取平衡向生成[CeSO4]2+的方向移动，D迅速减小 2.44×10-3mol/L B 9 2Ce(OH)3+ClO-+H2O=2Ce(OH)4+Cl- 17.2（aV1-5bV2）/m A

【解析】氟碳铈矿(主要含CeFCO3)，经和碳酸钠焙烧，+3价铈氧化成+4价，水洗除去NaF，加过量硫酸酸浸，酸浸液中含有Ce4+，加萃取剂，Ce4+被萃取剂[(HA)2]萃取，加反萃取剂，加H2O2，又将Ce4+还原为Ce3+，发生反应4Ce4++H2O2=4Ce3++O2↑+2H+，加碱后Ce3+转化为沉淀，加NaClO将铈从+3价氧化为+4价，得到产品。结合以上分析：

（1）焙烧过程中发生的主要反应方程式为4CeFCO3+ O2+2Na2CO34 CeO2+ 4NaF+6CO2。

（2）①萃取时用到的主要玻璃仪器为烧杯和分液漏斗 。

②“萃取”时存在反应：Ce4++n(HA)2Ce·(H2n-4A2n)+4H+。随着c(SO42-)增大，水层中Ce4+被SO42-结合成[CeSO4]2+，导致萃取平衡向生成[CeSO4]2+的方向移动，D迅速减小。

③D=80，=80，即c[Ce·(H2n-4A2n)]=80c(CeSO42+)，依据题意有：0.1mol/L×20×10-3L=20×10-3L× c(CeSO42+)+10×10-3L×80 c(CeSO42+)，解得c(CeSO42+)=2.44×10-3mol/L。

（3）在稀硫酸和H2O2的作用下CeO2转化为Ce3+。H2O2作还原剂，A. H2O2和MnO2混合制O2 ，H2O2既作氧化剂又作还原剂，A不符合题意；B.用H2O2处理含酸性K2Cr2O7的废水，H2O2作还原剂，符合题意；C.H2O2和CaO混合制备CaO2，H2O2既不作氧化剂又不作还原剂，C不符合题意； D.用稀硫酸和H2O2的混合液溶解金属Cu，H2O2作氧化剂，D不符合题意；综合以上分析，本题选B。

（4）Ksp[Ce(OH)3]=c(Ce3+)c3(OH-)=1.0×10-20，c3(OH-)==10-15，则c(OH-)=10-5mol/L

c(H+)=10-9mol/L，所以pH=9；“氧化过滤”步骤中ClO-作氧化剂，Ce(OH)3 被氧化为Ce(OH)4，则氧化过程的离子方程式为2Ce(OH)3+ClO-+H2O=2Ce(OH)4+span>Cl-。

（5）根据电子得失守恒，CeO2 FeSO4 ； KMnO4 5 FeSO4；由所给数据知与KMnO4反应的FeSO4的物质的量=5bmol/L×V2×10-3L，则与CeO2反应的FeSO4的物质的量=amol/L×V1×10-3L-5bmol/L×V2×10-3L=（aV1-5bV2）×10-3mol，即n(CeO2)=n(FeSO4)= （aV1-5bV2）×10-3mol ，产品中CeO2的质量分数为17.2（aV1-5bV2）/m %；根据实验原理分析，A.滴定前平视读数，滴定终点时仰视读数，读取的KMnO4溶液体积偏大，即V2偏大，使测定结果偏低，符合题意；B.滴定时锥形瓶内溶液变红就立即停止滴定，V2偏小，使测定结果偏高，不符合题意；C.滴定管尖嘴部分滴定前无气泡，滴定终点有气泡，V2偏小，使测定结果偏高，不符合题意；综合以上分析，本题答案为17.2（aV1-5bV2）/m ；A。