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7.稀土是我国战略性资源.氟碳铈矿主要化学成分为CeFCO3,它是提取铈族稀土元素的重要矿物原料.关于氟碳铈矿的冶炼处理工艺已经发展到十数种,其中一种提取铈的工艺流程如下:

请回答下列问题
(1)为增大反应速率,提高原料的利用率,焙烧前可将矿石粉碎成细颗粒处理.
(2)焙烧过程中产生的SO3尾气常采用喷淋法净化,再用石灰乳中和;操作I中滤渣的主要成分是CaF2、CaSO4
(3)操作II若在实验室中进行,需要的主要玻璃仪器有分液漏斗、烧杯、玻璃棒等;所用萃取剂HT需具备的条件是①②③.
①HT不溶于水,也不和水反应
②Ce3+不和萃取剂HT发生反应
③Ce3+在萃取剂HT中溶解度大于水
④萃取剂HT的密度一定大于水
(4)已知有机物HT能将Ce3+从水溶液中萃取出来,该过程可表示为:2Ce3+ (水层)+6HT(有机层)?2CeT3(有机层)+6H+(水层)
从平衡角度解释:向CeT3 (有机层)加入稀硫酸获得较纯的含Ce3+的水溶液的原因是混合液中加入H2SO4使c(H+)增大,平衡向形成Ge3+水溶液方向移动.
(5)常温下,含Ce3+溶液加碱调至pH=8时,c(Ce3+)=b mol•L-1,已知Ce(OH)3的溶度积=a,则a和b的关系是a=10-18b.
(6)写出Ce(OH)3悬浊液通入氧气得到产品的化学方程式:4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4
(7)取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.545g,加硫酸溶解后,用0.100 0mol•L-1 FeSO4标准溶液滴定至终点时(铈被还原为Ce3+),消耗25.00mL标准溶液.该产品中Ce(OH)4的质量分数为95%[Ce(OH)4的相对分子质量为208,结果保留两位有效数字].

分析 氟碳铈矿主要化学成分为CeFCO3,用硫酸强化焙烧得浸出液中含有,氟离子、铈离子、硫酸等,尾气中主要含有二氧化碳,加入碳酸钙会生成硫酸钙和氟化钙等难溶物为滤渣,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)根据影响反应速率的因素可知,为增大反应速率,提高原料的利用率,焙烧前可将矿石粉碎成细颗粒处理;
(2)氟碳铈矿用硫酸强化焙烧得滤液中含有氟离子、铈离子、硫酸等,加入碳酸钙会生成硫酸钙和氟化钙等难溶物,据此答题;
(3)操作II为分液,分液需要的主要玻璃仪器有分液漏斗、烧杯、玻璃棒等;萃取的目的是将溶液中的Ce3+萃取出来,根据萃取剂的要求选择;
(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)根据溶度积=c3(OH-)•c(Ce3+),结合pH=8及c(Ce3+)=b mol•L-1,可计算出a和b的关系;
(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;
(7)根据电子得失守恒有关系式Ce(OH)4~FeSO4,根据FeSO4标准溶液中FeSO4的物质的量可计算出Ce(OH)4的质量,进而确定Ce(OH)4的质量分数.

解答 解:(1)根据影响反应速率的因素可知,为增大反应速率,提高原料的利用率,焙烧前可将矿石粉碎成细颗粒处理,
故答案为:粉碎成细颗粒;
(2)氟碳铈矿用硫酸强化焙烧得滤液中含有氟离子、铈离子、硫酸等,加入碳酸钙会生成硫酸钙和氟化钙等难溶物,所以操作I中滤渣的主要成分是CaF2、CaSO4
故答案为:CaF2、CaSO4
(3)操作II为分液,分液需要的主要玻璃仪器有分液漏斗、烧杯、玻璃棒等;萃取的目的是将溶液中的Ce3+萃取出来,根据萃取剂的要求选择可知,HT要不溶于水,也不和水反应、Ce3+不和萃取剂HT发生反应、Ce3+在萃取剂HT中溶解度大于水,故选①②③,
故答案为:分液漏斗;①②③;
(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Ge3+水溶液方向移动,
故答案为:混合液中加入H2SO4使c(H+)增大,平衡向形成Ge3+水溶液方向移动;
(5)根据题意,溶液中c(OH-)=10-6 mol•L-1,根据溶度积=c3(OH-)•c(Ce3+)可知a=(10-63•b,所以a=10-18b,
故答案为:a=10-18b;
(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
故答案为:4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4
(7)根据电子得失守恒有关系式Ce(OH)4~FeSO4,FeSO4标准溶液中FeSO4的物质的量为0.025×0.1mol=0.0025mol,所以Ce(OH)4的质量为0.0025mol×208g/mol=0.52g,则样品中Ce(OH)4的质量分数为$\frac{0.52}{0.545}$×100%=95%,
故答案为:95%.

点评 本题主要考查了影响化学反应速率的因素、物质的分离子操作、化学平衡的移动、氧化还原反应的书写及质量分数的计算,是对化学基础知识的综合考查,对学生综合应用基础知识的能力要求较高,答题时注意守恒的方法及平衡的思想的运用,题目难度中等.

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(4)取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.536g,加硫酸溶解后,用0.100 0mol•L-1 FeSO4标准溶液滴定至终点时(铈被还原为Ce3+),消耗25.00mL标准溶液.该产品中Ce(OH)4的质量分数为97.0%.

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b、用乙醇洗涤晶体的目的是洗去晶体表面的水和其它杂质.

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