Question

【題目】鈰是稀土中豐度最高的元素，其在電子材料、催化劑等方面的應用廣泛�，F(xiàn)以氟碳鈰礦(含CeFCO3、BaO、SiO2等)為原料制備氧化鈰(CeO2)，并測定其純度。其工藝流程如下：

已知：①稀土離子易和SO形成復鹽沉淀：

Ce2(SO4)3＋Na2SO4＋nH2O==== Ce2(SO4)3·Na2SO4·nH2O↓(復鹽沉淀)；

②硫脲：一種有機物，結構簡式為，酸性條件下易被氧化為(SCN2H3)2；

③Ce3＋在空氣中易被氧化為Ce4＋；

回答下列問題：

(1)焙燒時，為了提高焙燒效率，可采取的措施有________________________________________

(2)CeFCO3中Ce元素的化合價為___________，濾渣A的主要成分是_____________

(3)焙燒后加入硫酸浸出，稀土的浸出率和硫酸濃度、溫度有關，如圖所示，應選擇的適宜的條件為___________，硫酸濃度過大時，浸出率減小的原因是__________。

(4)加入硫脲的目的是將Ce4＋還原為Ce3＋，反應的化學方程式為_________。

(5)步驟③加入鹽酸后，通常還需加入H2O2，其主要目的為_________。

(6)步驟④的離子方程式為________________________。

(7)取所得產品CeO2 8.0g，用30 mL高氯酸和20 mL磷酸混合液加熱溶解，冷卻至室溫后，配成250 mL溶液。取25.00 mL溶液用0.2000 mol·L－1硫酸亞鐵銨[(NH4)2Fe(SO4)2]溶液滴定，已知滴定時發(fā)生的反應為Fe2＋＋Ce4＋==== Fe3＋＋Ce3＋，達到滴定終點時消耗硫酸亞鐵銨溶液20.50 mL，則該產品的純度為____________。

Answer 1

【答案】將氟碳鈰礦粉碎以增大接觸面積或延長焙燒時間 ＋3價 BaSO4和SiO2 溫度85℃、c(H＋)2.5mol/L 溶液中c(SO)增大，易和稀土離子形成復鹽沉淀而使浸出率降低 2Ce(SO4)2＋2==== Ce2(SO4)3＋(SCN2H3)2＋H2SO4 防止Ce3＋被氧化 2Ce3＋＋6HCO==== Ce2(CO3)3↓＋3CO2↑＋3H2O 88.15%

【解析】

氟碳鈰礦(含CeFCO3、BaO、SiO2等)在空氣中焙燒，Ce元素被氧化，得到CeO2、CeF4，之后用稀硫酸浸取，得到的濾渣A為難溶物BaSO4以及SiO2，濾液A中主要含有Ce4+、Fˉ等，相繼加入硫脲和硫酸鈉，根據(jù)題目已知信息可知Ce元素轉化為Ce2(SO4)3·Na2SO4·nH2O沉淀，依次加入NaOH溶液和稀鹽酸，得到含Ce3+的溶液，然后向溶液中加入碳酸氫銨，碳酸氫根電離出的碳酸根與Ce3+結合得到Ce2(CO3)3沉淀，高溫灼燒得到CeO2。

(1)將氟碳鈰礦粉碎以增大接觸面積或延長焙燒時間都可以提高焙燒效率；

(2)CeFCO3中F為-1價，O為-2價，C為+4價，所以Ce為+3價；濾渣A主要為難溶物BaSO4和SiO2；

(3)據(jù)圖可知當c(H＋)=2.5mol/L浸出率最高，溫度為85℃時浸出率最高，所以適宜的條件為溫度85℃、c(H＋)=2.5mol/L；根據(jù)題目已知信息可知溶液中c(SO)增大，易和稀土離子形成復鹽沉淀而使浸出率降低；

(4)根據(jù)題目信息可知反應過程中被氧化成(SCN2H3)2，而Ce4＋被還原為Ce3＋，根據(jù)電子守恒可得化學方程式為2Ce(SO4)2＋2===Ce2(SO4)3＋(SCN2H3)2＋H2SO4；

(5)加入雙氧水可以防止Ce3＋被氧化；

(6)含Ce3+溶液中加入碳酸氫銨溶液，碳酸氫根電離出的碳酸根與Ce3+結合生成沉淀，促進碳酸氫根的電離，所以會產生大量氫離子，氫離子又和碳酸氫根結合生成二氧化碳和水，所以離子方程式為2Ce3＋＋6HCO===Ce2(CO3)3↓＋3CO2↑＋3H2O；

(7)根據(jù)滴定時發(fā)生的反應可知25.00mL溶液中n(Ce4+)=n{[(NH4)2Fe(SO4)2]}=0.2000mol/L×0.0205L=0.0041mol，則樣品中n(Ce4+)=0.0041mol×=0.041mol，n(CeO2)=n(Ce4+)=0.041mol，所以樣品的純度為100%=88.15%。