Question

工业上利用氟碳铈矿（主要成分CeCO₃F）提取CeCl₃的一种工艺流程如下：

请回答下列问题：

（1）CeCO₃F中，Ce元素的化合价为_________。

（2）酸浸过程中可用稀硫酸和H₂O₂替换HCl，优点为____________；写出稀硫酸、H₂O₂与CeO₂反应的离子方程式：______________。

（3）写出Ce(BF₄)₃中加入KCl溶液反应的离子方程式：__________。

（4）（4）化学家研究发现，SbF₅能将MnF₄从离子[SbF₆]^2-的盐反应得到，SbF₅转化成稳定离子[SbF₆]^-的盐。而SbF₄很不稳定，受热易分解为SbF₃和F₂。根据据以上研究写出以K₂MnF₆和SbF₅为原料，在 423 K 的温度下制备F₂的化学方程式:______________________。

现代工业以电解熔融的氟氢化钾(KHF₂)和氟化氢(HF)混合物制备氟单质，电解制氟装置如图所示。 已知KHF₂是一种酸式盐，写出阴极上发生的电极反应式_______。电解制氟时，要用镍铜合金隔板将两种气体产物严格分开的原因是________。

（5）已知25 ℃时， HF的电离平衡常数Ka=3.6×10^-4，CaF₂的溶解积常数Ksp(CaF₂)=1.46×10^-10。现向1 L 0.2 mol/L HF溶液中加入 1 L 0.2 mol/L CaCl₂ 溶液，通过列式计算说明是否有沉淀产生：______________。

Answer

＋3 避免产生Cl2，不会造成环境污染 H2O2＋2CeO2＋6H＋===2Ce3＋＋4H2O＋O2↑ Ce(BF4)3＋3K+=== 3K BF4＋Ce3＋ 2K2MnF6＋4SbF54KSbF6＋2MnF3＋F2↑ 2HF＋2e－===H2↑＋4F－ 氟气和氢气能发生剧烈反应，引发爆炸 c(H＋)＝c(F－)＝mol·L－1＝6×10－3mol·L－1，c(Ca2＋)＝0.1mol·L－1，c2(F－)·c(Ca2＋)＝3.6×10－5×0.1＝3.6×10－6>1.46×10－10，该体系有CaF2沉淀。

【解析】本题考查物质制备工艺流程图分析、离子方程式的书写等、电解池、溶度积的应用等。

(1)根据化合物中元素化合价代数和为零可知，Ce元素在CeCO3F化合价为+3；（2）CeO2将盐酸中Cl—氧化为Cl2，对环境产生污染；若改为稀硫酸和H2O2，CeO2在酸性条件下将中H2O2氧化为O2，避免产生Cl2，不会造成环境污染，其离子方程为 H2O2＋2CeO2＋6H＋===2Ce3＋＋4H2O＋O2↑；（3）根据流程可知Ce(BF4)3中加入KCl生成KBF4沉淀和CeCl3溶液，故其离子反应方程式为：Ce(BF4)3＋3K+=== 3KBF4＋Ce3＋；（4）结合题中信息“SbF5转化成稳定离子[SbF6]-的盐”和“SbF4很不稳定，受热易分解为SbF3和F2”，故K2MnF6和SbF5为原料，在 423 K 的温度下制备F2的化学方程式为：2K2MnF6＋4SbF54KSbF6＋2MnF3＋F2↑；电解池阴极发生还原反应，化合价降低，电解池装置图可知，阴极产生氢气，故阴极的电极反应式为：2HF＋2e－===H2↑＋4F－；电解制氟时，阳极产生的气体为F2，与阴极产生的氢气能发生剧烈反应，在暗处就能爆炸，因此电解制氟时，要用镍铜合金隔板将两种气体产物严格分开；（5）HFH++F—，由电离常数可知：c(H＋)＝c(F－)＝mol·L－1＝6×10－3mol·L－1，混合液中：c(Ca2＋)＝=0.1mol·L－1，c2(F－)·c(Ca2＋)＝3.6×10－5×0.1＝3.6×10－6>1.46×10－10，该体系有CaF2沉淀。