Question

稀土是一种重要的战略资源。氟碳铈矿主要化学成分为CeFCO₃，它是提取铈等稀土元素的重要矿物原料。氟碳铈矿的冶炼工艺流程如下：

已知：铈的常见化合价为＋3、＋4。焙烧后铈元素转化成CeO₂和CeF₄。四价铈不易进入溶液，而三价稀土元素易进入溶液；

酸浸II中发生反应：

9CeO₂＋3CeF₄＋45HCl＋3H₃BO₃=Ce（BF₄）₃↓＋11CeCl₃＋6Cl₂↑＋27H₂O；c（Ce^3＋）≤10^－5 mol/L 时，完全沉淀。

请回答下列问题：

（1）①焙烧时先要将氟碳C矿粉碎，目的是 ___________。

②焙烧后产生的CeO₂是汽车尾气净化催化剂的关键成分，它能在还原气氛中供氧，在氧化气氛中耗氧。在尾气消除过程中发生着CeO₂CeO_2（1－x）＋xO₂↑的循环。写出CeO₂消除CO尾气的化学方程式：________。

（2）在酸浸I中用盐酸浸出时，有少量铈进入滤液，且产生黄绿色气体。 少量铈由CeO₂进入稀土溶液发生反应的离子方程式是_______。

（3）向Ce（BF₄）₃中加入KCl溶液的目的是_________。

（4）操作I的名称为_________，在实验室中进行操作II时所需要的硅酸盐仪器有_______。

（5）“操作I”后，向溶液中加入NaOH溶液来调节溶液的pH，以获得Ce（OH）₃沉淀，常温下加入NaOH调节溶液的 pH应大于______即可认为Ce^3＋已完全沉淀。{已知：K_sp[Ce（OH）₃]＝1.0 ×10^－20}

（6）取上述流程中得到的Ce（OH）₄产品5.00g，加酸溶解后，向其中加入含0.033 00 mol FeSO₄的FeSO₄溶液使Ce^4＋全部被还原成Ce^3＋，再用0.100 0mol/L的酸性KMnO₄标准溶液滴定至终点时，平均消耗20.00 mL标准溶液。则该产品中Ce（OH）₄的质量分数为______（保留2位小数，已知氧化性：Ce^4＋ >KMnO₄；Ce（OH）₄ 的相对分子质量为208）

Answer

增大矿物接触面积，加快化学反应速率，使铈更充分的氧化为四价便于与其他稀土元素分离 2xCO ＋ CeO2 = CeO2(1－x)＋2xCO2↑ 2CeO2 ＋2Cl－＋8H+ = 2Ce3+ + Cl2↑＋4H2O 避免Ce3+以Ce(BF4)3形式沉淀而损失(或将Ce3+全部转化为CeCl3，提高产率) 过滤 烧杯、分液漏斗 9 95.68%

【解析】

氟碳铈矿主要化学成分为CeFCO3经过煅烧，得到CeO2和CeF4，加入少量稀盐酸，分离出四价铈，再加盐酸和硼酸反应生成Ce(BF4)3和CeCl3，Ce(BF4)3沉淀加氯化钾转化为更难溶的KBF4和CeCl3溶液，调节pH值，再氧化变为Ce(OH)4。

⑴①根据上面分析，焙烧时先要将氟碳C矿粉碎，目的是增大矿物接触面积，加快化学反应速率，使铈更充分的氧化为四价便于与其他稀土元素分离；故答案为：增大矿物接触面积，加快化学反应速率，使铈更充分的氧化为四价便于与其他稀土元素分离。

②在尾气消除过程中发生着CeO2CeO2（1－x）＋xO2↑的循环，CO和CeO2反应生成二氧化碳，因此CeO2消除CO尾气的化学方程式：2xCO ＋ CeO2 = CeO2(1－x)＋2xCO2↑；故答案为：2xCO ＋ CeO2 = CeO2(1－x)＋2xCO2↑。

⑵在酸浸I中用盐酸浸出时，有少量铈进入滤液，且产生黄绿色气体。是CeO2与盐酸反应生成三价铈、氯气和水，该反应的离子方程式是2CeO2 ＋2Cl－＋8H+ = 2Ce3+ + Cl2↑＋4H2O；故答案为：2CeO2 ＋2Cl－＋8H+ = 2Ce3+ + Cl2↑＋4H2O。

⑶向Ce(BF4)3中加入KCl溶液转化为KBF4和CeCl3，其目的是避免Ce3+以Ce(BF4)3形式沉淀而损失(或将Ce3+全部转化为CeCl3，提高产率)；故答案为：避免Ce3+以Ce(BF4)3形式沉淀而损失(或将Ce3+全部转化为CeCl3，提高产率)。

⑷酸浸I，有不溶的难溶物，因此操作I的名称为过滤，在实验室中进行操作II是萃取，因此后面是分液，所需要的硅酸盐仪器有烧杯、分液漏斗；故答案为：过滤；烧杯、分液漏斗。

⑸，，，因此常温下加入NaOH调节溶液的 pH应大于9即可认为Ce3＋已完全沉淀；故答案为：9。

⑹取上述流程中得到的Ce(OH)4产品5.00g，根据氧化性：Ce4＋ >KMnO4；高锰酸钾氧化剩余亚铁离子，根据关系式5 Fe2＋— MnO4－，高锰酸钾消耗得亚铁离子的物质的量n(Fe2＋)=5n(MnO4－)=5×0.100 0mol/L×0.02L=0.01mol，根据Ce4＋ + Fe2＋ = Ce3＋+ Fe3＋，n(Ce4＋)=0.033mol -0.01mol =0.023mol，则该产品中Ce(OH)4的质量分数为；故答案为：95.68%。