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二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土化合物。以氟碳铈矿(主要含CeFCO3)为原...

二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土化合物。以氟碳铈矿(主要含CeFCO3)为料制备 CeO2种工艺流程如下:

已知:①Ce4+能与F-结合成[CeFx](4-x)+,也能与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。

回答下列问题:

(1)“氧化焙烧”前需将矿石粉碎成细颗粒,其目的是_____________。

(2)“酸浸”中会产生大量黄绿色气体,写出CeO2与盐酸反应的离子方程式:____________;为避免产生上述污染,请提出一种解决方案:_____________。

(3)“萃取”时存在反应:Ce4+ +n(HA)2Ce·(H2n-4A2n)+4H+。实验室中萃取时用到的主要玻璃仪器名称为____________;下图中D时分配比,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:__________。

(4)“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_________(填“催化剂”“氧化剂”或“还原剂”),每有1molH2O2参加反应,转移电子的物质的量为__________。

(5)“氧化”步骤的化学方程式为_____________。

(6)取上述流程中得到的CeO2产品0.4500 g,加硫酸溶解后,用0.1000mol/LFeSO4标准溶液滴定至终点时(铈被还为Ce3+其他杂质均不反应),消耗25.00 mL标准溶液。该产品中CeO2质量分数为_________。

 

(1)增大固体与气体的接触面积,增大反应速率;提高原料的利用率。(2分) (2)2CeO2+2C1-+8H+=2Ce3++Cl2↑+4H2O;(2分)将HC1(盐酸)改用H2SO4酸浸(1分) (3)分液漏斗(1分)随着c(SO42-)增大,水层中Ce4+被SO42-结合成[CeSO4]2+,导致萃取平衡向生牛成[CeSO4]2+移动,D迅速减小,(2分)(4)还原剂(1分);2mol(1分); (5)2C(OH)3+NaClO+H2O=2Ce(OH)4+NaCl(2分)(6)95.56%(2分) 【解析】 试题分析: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[CeFx](4-x)+,以便后续的提取,加稀硫酸,与SO42-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”前需将矿石粉碎成细颗粒,其目的是增大固体和氧气的接触面积,反应更充分; (2)“酸浸”中会产生大量黄绿色气体应为氯气,CeO2与盐酸发生氧化还原反应生成Ce3+和氯气,反应的离子方程式为2CeO2 +2C1-+8H+=2Ce3+ +Cl2↑+4H2O,可以用硫酸代替盐酸而避免产生氯气污染; (3)实验室中萃取时用到的主要玻璃仪器名称为分液漏斗,根据平衡:Ce4+ +n(HA)2Ce·(H2n-4A2n)+4H+,加入Na2SO4时,随着c(SO42-)增大,水层中Ce4+被SO42-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+,H2O2在该反应中作还原剂,每有1mol H2O2参加反应,转移电子的物质的量为2mol; (5)“氧化”步骤中用次氯酸钠将Ce3+氧化成Ce4+,反应的化学方程式为2C(OH)3 + NaClO +H2O=2Ce(OH)4 + NaCl; (6)FeSO4的物质的量为0.1000mol•L-1×0.025L=0.0025mol,根据电子得失守恒可得关系式CeO2~FeSO4,所以CeO2的质量为0.0025×172g=0.4300g,产品中CeO2的质量分数为0.4300g/0.4500g×100%=95.60%。 【考点定位】本题考查物质分离和提纯、工艺流程图分析 【名师点晴】该题为高频考点,考查的知识点较多,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。流程题的解题思路为:明确整个流程及每一部分的目的→仔细分析每步反应发生的条件以及得到的产物的物理或化学性质→结合基础理论与实际问题思考→注意答题的模式与要点。解决本类题目的基本方法和步骤为:(1)从题干中获取有用信息,了解生产的产品。(2)然后整体浏览一下流程,基本辨别出预处理、反应、提纯、分离等阶段。(3)分析流程中的每一步骤,从以下几个方面了解流程:①反应物是什么;②发生了什么反应;③该反应造成了什么后果,对制造产品有什么作用。抓住一个关键点:一切反应或操作都是为获得产品而服务。  
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I.脱硝已知H2的热值为142.9 kJ/g(热值是表示单位质量的燃料完全燃烧时所放出的热量);

N2(g) + 2O2(g)= 2NO2(g)    H= +133 kJ/mol

H2O(g) =H2O(l)     H=- 44 kJ/mol

催化剂存在下,H2还原NO2生成水蒸气和其他无毒物质的热化方程式为_____________。

Ⅱ.脱碳:向2L密闭容器中加2 mol CO2、6 mol H2,在适当的催化剂作用下,发生反应 CO2(g) + 3H2(g) CH3OH(l) + H2O(l)

(1)①该反应自发进行的条件是___________(填低温”“高温任意温度

②下列叙述能说明此反应达到平衡状态的是___________

A.混合气体的平均式量保持不变

B.CO2和H2的体积分数保持不变

C.CO2和H2的转化率相等

D.混合气体的密度保持不变

e.1 mol CO2生成的同时有3 mol HH键断裂

③CO2的浓度随时间(0~t2)的变化如图所示,在t2时将容器容积缩小一倍,t3时达到平衡,t4时降低温度,t5时达到平衡t2~t6的浓度随时间的变化

(2)改变温度,使反应CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g) + H2O(g) △H<0中的所物质都为气态。起始温度体积相同(T1℃、2L.密闭容器)。反应过程中部分数据见下表

 

反应时间

CO2 (mol)

H2(mol)

CH3OH(mol)

H2O(mol)

反应I 恒温恒容

0 min

2

6

0

0

10 min

 

4.5

 

 

20 min

1

 

 

 

30 min

 

 

1

 

反应II绝热恒容

0 min

0

0

2

2

①达到衡时,反应I、II对比平衡常数K( I ) __________K(II)(“>”“<”或“=”,下同);平衡时CH3OH的浓度c(I)___ ________c(II)

②对反应I,前10 min内的平均反应速率v(CH3OH) =____________,他条件不变下,若30 min时只改变温度为T2此时H2的物质的为3.2 mol,则T1_________T2(填填“>”“<”或“=”)。若30 min时只向容器中再充1 mol CO2(g)和1mol H2O(g)则平衡 ______________移动(填正向”、“逆向)。

 

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C. D元素在周期表中的位置是第二周期第ⅡA

D. 丁物质均由非金属元索构成,只含共价键

 

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25 将氨水与化铵溶液混合得到c(NH3·H2O)+c(NH4+) = 0.1 mol/L的混合溶液溶液中c(NH3·H2O)、c(NH4+)与pH的关系如图所示下列有关离子浓度关系叙述 定正确的是( 

A.W点表示的溶液中c(NH4+)+c(H+)=c(OH-)

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我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展,利用如图装置可发生反应H2S+O2=H2O2+S,已知池中发生的反应为

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