Question

氟碳铈矿(主要成分为CeFCO₃)是提取稀土化合物、冶炼铈的重要矿物原料，以氟碳铈矿为原料提取铈的工艺流程如图所示。

回答下列问题：

（1）CeFCO₃中Ce的化合价为___________。

（2）氧化培烧时不能使用陶瓷容器，原因是_________________。氧化焙烧后的产物之一为CeO₂，则酸浸时发生反应的离子方程式为____________________。操作Ⅰ的名称为_________。

（3）为了提高酸浸率，可以适当提高反应温度，但温度偏高浸出率反而会减小，其原因是_______________。

（4）已知有机物HT能将Ce³⁺从水溶液中萃取出来，该过程可表示为Ce³⁺(水层)+3HT(有机层) CeT₃(有机层)+3H⁺(水层)。向CeT₃(有机层)中加入稀硫酸能获得较纯的含Ce³⁺水溶液，从平衡角度解释其原因：____________________。

（5）298K时，向c(Ce³⁺)=0.02mol·L^-1的溶液中加入氢氧化钠来调节溶液的pH，若反应后溶液pH⁼10，此时Ce³⁺是否沉淀完全？__________________{列式计算，已知：K_sp[Ce(OH)₃]5×l0^-20，c(Ce³⁺)^-5mol·L^-1 视为沉淀完全}。

（6）写出向Ce(OH)₃悬浊液中通入氧气得到产品Ce(OH)₄的化学方程式：_______________________。

Answer

+3 陶瓷会与生成的HF反应 2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O 分液 温度升高，双氧水发生分解，造成浸出率偏小 向混合液中加入稀硫酸，使c(H+)增大，平衡向形成Ce3+水溶液方向移动 c(Ce3+)×(10-4)3=1.5×10-20, c(Ce3+)=1.5×10-8mol·L-1<1×10-5mol·L-1，Ce3+沉淀完全 4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4

【解析】

（1）CeFCO3中F为-1价、C为+4价、氧为-2价，通过计算可知Ce的化合价为+3价；

（2）氧化培烧时不能使用陶瓷容器，原因是陶瓷中的二氧化硅会与生成的HF反应；氧化焙烧后的产物之一为CeO2，则酸浸时CeO2在酸性条件下被双氧水氧化，发生反应的离子方程式为：2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O；操作Ⅰ是在加入萃取剂后分离出有机层和硫酸铈稀溶液，则其名称为分液；

（3）为了提高酸浸率，可以适当提高反应温度，但温度偏高浸出率反而会减小，其原因是温度升高，双氧水发生分解，造成浸出率偏小；

（4）平衡Ce3+(水层)+3HT(有机层) CeT3(有机层)+3H+(水层)，向混合液中加入稀硫酸，使c(H+)增大，平衡向形成Ce3+水溶液方向移动，能获得较纯的含Ce3+水溶液；

（5）pH=10时，c(OH-)=10-4mol/L，c(Ce3+)×(10-4)3=1.5×10-20，c(Ce3+)=1.5×10-8mol·L-1<1×10-5mol·L-1，Ce3+沉淀完全；

（6）向Ce(OH)3悬浊液中通入氧气得到产品Ce(OH)4的化学方程式为：4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4。