Question

16．二氧化铈（CeO₂）是一种重要的稀土氧化物．以氟碳铈矿（主要含CeFCO₃）为原料制备CeO₂的一种工艺流程如图1：

已知：ⅰ．Ce⁴⁺能与F^-结合成[CeF_x]^（4-x）+，与SO₄^2-结合成[CeSO₄]²⁺．
ⅱ．在硫酸体系中Ce⁴⁺能被萃取剂[（HA）₂]萃取，而Ce³⁺不能．
ⅲ．K_sp[Ce（OH）₃]=7.1×10^-21，溶解度S[Ce₂（CO₃）₃]=1.0×10^-6 mol•L^-1．
回答下列问题：
（1）“氧化焙烧”中“氧化”的目的是将+3价铈氧化成+4价．
（2）CeO₂不溶于水，但“浸出”时却能溶解完全，原因是溶液中的F^-、SO₄^2-（填离子符号）促进了CeO₂的溶解．
（3）“萃取”时存在平衡：Ce⁴⁺+n（HA）₂?Ce•（H_2n-4A_2n）+4H⁺．保持其它条件不变，在起始料液中加入不同量的Na₂SO₄改变水层中的c（SO₄^2-）．观察图2，说明D（$\frac{[Ce•（{H}_{2n-4}{A}_{2n}）]有机层}{[Ce（Ⅳ）水层}$）随起始料液中
c（SO₄^2-）变化的原因：随着c（SO₄^2-）增大，水层中Ce⁴⁺被SO₄^2-结合成[CeSO₄]²⁺，导致萃取平衡向左移动，
D迅速减小．
（4）“反萃取”加H₂O₂的作用是2Ce⁴⁺+H₂O₂=2Ce³⁺+O₂↑+2H⁺（用离子方程式表示）．
（5）在“反萃取”后所得水层中加入1.0mol•L^-1的NH₄HCO₃溶液，产生胶状沉淀物．写出该胶状沉淀物的化学式：Ce₂（CO₃）₃．
（6）若缺少“洗氟”，则所得产品的质量将偏小（填“偏大”、“偏小”或“不变”）．
（7）CeO₂是稀土汽车尾气净化催化剂的关键成分，它能在还原气氛中供氧，在氧化气氛中耗氧．写出其供氧生成CeO的化学方程式：2CeO₂=2CeO+O₂↑．

Answer 1

分析 氟碳铈矿（主要含CeFCO₃），“氧化焙烧”的目的是将+3价铈氧化成+4价，Ce⁴⁺能与F^-结合成[CeF_x]^（4-x）+，以便后续的提取，加稀硫酸，与SO₄^2-结合成[CeSO₄]²⁺，加萃取剂，氟洗液，硫酸体系中Ce⁴⁺能被萃取剂[（HA）₂]萃取，而Ce³⁺不能，加“反萃取”加H₂O₂，又将Ce⁴⁺还原为Ce³⁺，发生反应2Ce⁴⁺+H₂O₂=2Ce³⁺+O₂↑+2H⁺，加入碱后Ce³⁺转化为沉淀，通入氧气讲Ce从+3氧化为+4，得到产品，
（1）“氧化焙烧”中“氧化”的目的是将+3价铈氧化成+4价，以便后续的提取；
（2）根据信息Ce⁴⁺能与F^-结合成[CeF_x]^（4-x）+，与SO₄^2-结合成[CeSO₄]²⁺，溶液中的F^-、SO₄^2-促进了CeO₂的溶解；
（3）根据平衡：Ce⁴⁺+n（HA）₂?Ce•（H_2n-4A_2n）+4H⁺．，加入Na₂SO₄时，随着c（SO₄^2-）增大，水层中Ce⁴⁺被SO₄^2-结合成[CeSO₄]²⁺，导致萃取平衡向左移动，D迅速减小；
（4））“反萃取”加H₂O₂的作用是将Ce⁴⁺离子重新还原为Ce³⁺，反应的离子方程式为2Ce⁴⁺+H₂O₂=2Ce³⁺+O₂↑+2H⁺；
（5）根据溶解度S[Ce₂（CO₃）₃]=1.0×10^-6 mol•L^-1，“反萃取”后所得水层中含有Ce³⁺，加入NH₄HCO₃溶液时，两者反应生成Ce₂（CO₃）₃胶状沉淀物；
（6）若缺少“洗氟”，则会造成部分含铈物质损失，所得产品的质量将减少；
（7）CeO₂能在还原气氛中供氧，则供氧生成CeO和氧气的化学方程式为2CeO₂=2CeO+O₂↑．

解答 解：（1）“氧化焙烧”中“氧化”的目的是将+3价铈氧化成+4价，以便后续的提取，故答案为：将+3价铈氧化成+4价；
（2）根据信息Ce⁴⁺能与F^-结合成[CeF_x]^（4-x）+，与SO₄^2-结合成[CeSO₄]²⁺．，CeO₂不溶于水，但“浸出”时却能溶解完全，原因是溶液中的F^-、SO₄^2-促进了CeO₂的溶解，故答案为：F^-；SO₄^2-；
（3）根据平衡：Ce⁴⁺+n（HA）₂?Ce•（H_2n-4A_2n）+4H⁺．，加入Na₂SO₄时，随着c（SO₄^2-）增大，水层中Ce⁴⁺被SO₄^2-结合成[CeSO₄]²⁺，导致萃取平衡向左移动，D迅速减小，故答案为：随着c（SO₄^2-）增大，水层中Ce⁴⁺被SO₄^2-结合成[CeSO₄]²⁺，导致萃取平衡向左移动，
D迅速减小；
（4））“反萃取”加H₂O₂的作用是将Ce⁴⁺离子重新还原为Ce³⁺，反应的离子方程式为2Ce⁴⁺+H₂O₂=2Ce³⁺+O₂↑+2H⁺，故答案为：2Ce⁴⁺+H₂O₂=2Ce³⁺+O₂↑+2H⁺；
（5）根据溶解度S[Ce₂（CO₃）₃]=1.0×10^-6 mol•L^-1，“反萃取”后所得水层中含有Ce³⁺，加入NH₄HCO₃溶液时，两者反应生成Ce₂（CO₃）₃胶状沉淀物，故答案为：Ce₂（CO₃）₃；
（6）若缺少“洗氟”，则会造成部分含铈物质损失，所得产品的质量将减少，故答案为：偏小；
（7）CeO₂能在还原气氛中供氧，则供氧生成CeO和氧气的化学方程式为2CeO₂=2CeO+O₂↑，故答案为：2CeO₂=2CeO+O₂↑．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及物质分离和提纯方法选取、氧化还原反应等知识点，明确反应原理是解本题关键，知道流程图中发生的反应及基本操作方法，题目难度中上．