Question

中国的稀土资源十分丰富，有开采价值的储量居世界第一。某实验小组拟利用含铝、硅、铁等杂质的氟碳钵矿(主要成分为CeFCO₃)制备三氯化铈，设计如图所示流程：

已知：①Ce₂O₃在加热条件下能被氧气氧化，生成难溶于水、具有强氧化性的CeO₂。

②M(CeCl₃)=246.5g/mol，在水溶液中Ce⁴⁺能被还原成Ce³⁺。

③0.1mol·L^-1金属阳离子形成氢氧化物沉淀的pH如下：

金属阳离子	Fe^3^+	Ce^3^+	Al^3^+
开始沉淀的pH	1.5	7.6	3.4
沉淀完全的pH	2.8	9.4	4.7

回答下列问题：

(1)氟碳铈矿中铈的化合价为______，滤渣1的化学式为__________。

(2)焙烧氟碳铈矿生成CeO₃的化学方程式是____________。

(3)酸浸时产生气体2的离子反应方程式是_______。

(4)为将铝、铁以滤渣2除去，用NH₃·H₂O调节酸浸后溶液的pH最大不能超过______。

(5)将沉铈得到的Ce₂(CO₃)₃·nH₂O洗涤干净后继续进行操作I，简述如何证明Ce₂(CO₃)₃·nH₂O已经洗涤干净________。

(6)操作I是将得到的Ce₂(CO₃)₃·nH₂O加盐酸至沉淀完全溶解，先经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到CeCl₃·7H₂O，再将该晶体与NH₄Cl固体隔绝空气共热，得到无水CeCl₃。其中，NH₄Cl的作用是___________。

(7)产品纯度测定：准确称取CeCl₃产品0.3750g于锥形瓶中，加入合适的氧化剂将Ce³⁺恰好完全氧化为Ce⁴⁺，再用0.1000mol/L的(NH₄)₂Fe(SO₄)₂ 标准溶液滴定至终点，重复3次实验，标准液的消耗体积分别为12.48mL、12.50mL、12.52mL。求该样品的质量分数为_______(保留1位小数)。

Answer

+3 H2SiO3 4CeFCO3+2Na2CO3+O24NaF+4CeO2+6CO2 2CeO2+8H++2Cl-=2Ce3++Cl2↑+4H2O 7.6 取少量最后一次洗涤液于试管中，滴入稀HNO3、AgNO，若无白色沉淀产生，则已洗涤干净 NH4Cl受热分解生成HCl，抑制Ce3+的水解 82.2%

【解析】

(1)根据化合价代数和为零进行分析；(2)据流程及题干信息分析；(3)类比MnO2与浓盐酸的反应答题；(5)筛选溶液中存在少量均易检出的Cl-证明；(6)利用水解反应原理解答；(7)取I平均值12.50mL进行计算。

(1)由氟碳钵矿的主要成分为CeFCO3，根据化合价代数和为零，F为-1价，CO32-为-2价，所以氟碳铈矿中铈的化合价为+3；因为含氟碳钵矿主要成分为CeFCO3，含有杂质铝、硅、铁等，根据框图可知铝、铁氧化物能溶于酸，而硅酸盐遇酸会形成难溶于水的H2SiO3,所以滤渣1为硅酸，其化学式为H2SiO3。故答案：+3；H2SiO3；

(2)焙烧氟碳铈CeFCO3会和Na2CO3、O2反应生成CeO3和NaF、CO2，其化学方程式是4CeFCO3+2Na2CO3+O24NaF+4CeO2+6CO2，故答案：4CeFCO3+2Na2CO3+O24NaF+4CeO2+6CO2；

(3)CeO2在酸性条件下具有强氧化性，可以氧化Cl-为氯气，其反应的离子方程式为2CeO2+8H++2Cl-=2Ce3++Cl2↑+4H2O，故答案：2CeO2+8H++2Cl-=2Ce3++Cl2↑+4H2O；

(4)因为pH=2.8时，氢氧化铁沉淀完全，pH=4.7时氢氧化铝沉淀完全，pH=7.6时Ce(OH)3开始沉淀，所以为将铝、铁以滤渣2除去，用NH3·H2O调节酸浸后溶液的pH最大不能超过7.6，故答案：7.6；

(5)因为操作I加入了盐酸和氯化铵，所以要判断Ce2(CO3)3·nH2O是否已经洗涤干净的方法：取少量最后一次洗涤液于试管中，滴入稀HNO3、AgNO，若无白色沉淀产生，则已洗涤干净，故答案：取少量最后一次洗涤液于试管中，滴入稀HNO3、AgNO，若无白色沉淀产生，则已洗涤干净；

(6)NH4Cl不稳定，加热会分解生成氯化氢，Ce3+易水解生成Ce(OH)3，所以加NH4Cl的作用是受热分解生成HCl，抑制Ce3+的水解，故答案：NH4Cl受热分解生成HCl，抑制Ce3+的水解；

(7)标准液的消耗体积分别为12.48mL、12.50mL、12.52mL的平均值为12.50mL，根据Ce4++ Fe2+= Ce3++ Fe3+，所以n(Ce4+)=n( Fe2+)=12.5010-3 L=1.25010-3mol，所以该样品的质量分数=100%=82.2%。