Question

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)为原料制备 CeO₂的一种工艺流程如下：

已知：①Ce⁴⁺能与F^-结合成[CeF_x]^(4-x)+，也能与SO₄^2-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·(H_2n-4A_2n)+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(SO₄^2-)，D随起始料液中c(SO₄^2-)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(铈被还原为Ce³⁺，其他杂质均不反应)，消耗25.00 mL标准溶液。该产品中CeO₂的质量分数为_________。

Answer

（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。