Question

釔、鈧和鑭系一起稱為稀土元素，稀土元素堪稱“工業(yè)味精”，對工業(yè)和國防有著十分重要的作用．獨居石是稀土元素的常見礦物，下圖是由獨居石（主要成分是釷和鑭系元素的磷酸鹽）提取鑭系元素（以Ln表示）的生產(chǎn)工藝流程：

（1）獨居石中鑭系元素主要以LnPO₄的形式存在，試寫出LnPO₄與濃H₂SO₄反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

；寫出Ln₂（HPO₄）₃的溶解平衡表達(dá)式：

 

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（2）可選用精密pH試紙測定pH，控制沉淀的分步沉淀，其pH試紙使用的操作過程是：

 

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（3）若在實驗室中洗滌所得的Ln₂（HPO₄）₃沉淀的方法是：

 

；怎樣證明Ln₂（HPO₄）₃沉淀洗滌已經(jīng)干凈，其操作是：

 

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（4）若直接加熱LnCl₃?6H₂O，生成的是LnOCl寫出相應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

；用電解法制取稀土金屬Ln時，需要無水氯化物，在干燥的HCl氣流中加熱LnCl₃?6H₂O，能得到無水LnCl₃，其原因是

 

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Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,化學(xué)平衡常數(shù)的含義

專題：實驗設(shè)計題

分析：獨居石（主要成分是釷和鑭系元素的磷酸鹽）與濃硫酸反應(yīng)生成Ln₂（SO₄）₃和磷酸，過濾出不溶物后第一次用稀氨水中和，然后過濾出含有鈧元素的濾渣并得到含有Ln的濾液，再次過濾得到濾渣Ln₂（HPO₄）₃，經(jīng)過第一步轉(zhuǎn)化Ln₂（HPO₄）₃轉(zhuǎn)化成LnCl₃?6H₂O，在干燥的HCl氣流中加熱LnCl₃?6H₂O，能得到無水LnCl₃，電解LnCl₃得到Ln，
（1）根據(jù)強(qiáng)酸制取弱酸寫出LnPO₄與濃H₂SO₄反應(yīng)的化學(xué)方程式；Ln₂（HPO₄）₃為難溶物，與Ln³⁺、HPO₄^2-之間存在沉淀轉(zhuǎn)化平衡，據(jù)此寫出Ln₂（HPO₄）₃的溶解平衡表達(dá)式；
（2）根據(jù)實驗室中pH試紙的正確使用方法解答；
（3）根據(jù)實驗室中洗滌沉淀的操作方法分析；沒有洗滌干凈的濾液中會含有硫酸根離子，根據(jù)具有硫酸根離子的方法解答；
（4）根據(jù)信息“若直接加熱LnCl₃?6H₂O，生成的是LnOCl”及氯化氫的揮發(fā)性形成反應(yīng)的化學(xué)方程式；根據(jù)鹽的水解原理分析“在干燥的HCl氣流中加熱LnCl₃?6H₂O，能得到無水LnCl₃”的原因．

解答： 解：獨居石（主要成分是釷和鑭系元素的磷酸鹽）與濃硫酸反應(yīng)生成Ln₂（SO₄）₃和磷酸，過濾出不溶物后第一次用稀氨水中和，然后過濾出含有鈧元素的濾渣并得到含有Ln的濾液，再次過濾得到濾渣Ln₂（HPO₄）₃，經(jīng)過第一步轉(zhuǎn)化Ln₂（HPO₄）₃轉(zhuǎn)化成LnCl₃?6H₂O，在干燥的HCl氣流中加熱LnCl₃?6H₂O，能得到無水LnCl₃，電解LnCl₃得到Ln，
（1）LnPO₄與濃H₂SO₄反應(yīng)生成Ln₂（SO₄）₃和磷酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2LnPO₄+3H₂SO₄=Ln₂（SO₄）₃+2H₃PO₄；
Ln₂（HPO₄）₃與Ln³⁺、HPO₄^2-之間存在沉淀轉(zhuǎn)化平衡，Ln₂（HPO₄）₃的溶解平衡表達(dá)式為：Ln₂（HPO₄）₃（s）?2Ln³⁺（aq）+3HPO₄^2-（aq），
故答案為：2LnPO₄+3H₂SO₄=Ln₂（SO₄）₃+2H₃PO₄（或3LnPO₄+3H₂SO₄=Ln₂（SO₄）₃+Ln（H₂PO₄）₃）；Ln₂（HPO₄）₃（s）?2Ln³⁺（aq）+3HPO₄^2-（aq）；
（2）pH試紙使用的操作方法為：取一小塊試紙放在表面皿（玻璃片）上，用沾有待測液的玻璃棒（膠頭滴管）點于試紙的中部，半分鐘后與標(biāo)準(zhǔn)比色卡比較，確定溶液的pH值，
故答案為：取一小塊試紙放在表面皿（玻璃片）上，用沾有待測液的玻璃棒（膠頭滴管）點于試紙的中部，半分鐘后與標(biāo)準(zhǔn)比色卡比較，確定溶液的pH值；
（3）在實驗室中洗滌所得的Ln₂（HPO₄）₃沉淀的方法為：將沉淀置于放置在新制過濾器中，注入蒸餾水至浸沒沉淀，待液體濾干，再重復(fù)兩到三次；
若最后一次的洗滌液中不含硫酸根離子，則已經(jīng)洗滌干凈，操作方法為：取最后一次洗滌浸出液，加入BaCl₂溶液，若有白色沉淀生成，則說明未洗滌干凈，若無白色沉淀則說明已洗滌干凈，
故答案為：將沉淀置于放置在新制過濾器中，注入蒸餾水至浸沒沉淀，待液體濾干，再重復(fù)兩到三次；取最后一次洗滌浸出液，加入BaCl₂溶液，若有白色沉淀生成，則說明未洗滌干凈，若無白色沉淀則說明已洗滌干凈；
（4）由于氯化氫具有揮發(fā)性，若直接加熱LnCl₃?6H₂O，生成的是LnOCl，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：LnCl₃?6H₂O

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LnOCl+2HCl+5H₂O；
由于在干燥的HCl氣流中，抑制了LnCl₃的水解，且?guī)ё週nCl₃?6H₂O受熱產(chǎn)生的水氣，故能得到無水LnCl₃，
故答案為：LnCl₃?6H₂O

△   .

LnOCl+2HCl+5H₂O；在干燥的HCl氣流中，抑制了LnCl₃的水解，且?guī)ё週nCl₃?6H₂O受熱產(chǎn)生的水氣，故能得到無水LnCl₃．

點評：本題考查了物質(zhì)的制備方法、化學(xué)實驗基本操作方法及其綜合應(yīng)用，題目難度中等，正確理解制備流程、掌握化學(xué)實驗基本操作方法為解答關(guān)鍵，注意掌握鹽的水解原理及其影響，試題側(cè)重考查學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實驗基本操作能力．