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，根据如图以氟碳铈矿为原料提取铈的工艺流程图，回答问题：

(1)CeFCO₃中Ce的化合价为_____；氧化焙烧时不能使用陶瓷容器，原因是______。

(2)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_________。

(3)HT是一种难溶于水的有机溶剂，则操作I的名称为________。

(4)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__________。

(5)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：________。

(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：________。

(7)298K时，向c(Ce³⁺)=0.02 mol/L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？______。（要求列式计算，已知：K_sp[Ce(OH)₃]=1.0×10^-20，c(Ce³⁺)<1.0×10^-5 mol/L视为沉淀完全）。

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，平衡向生成Ce3+水溶液方向移动 4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4 是

【解析】

氟碳铈矿主要化学成分为CeFCO3，由流程可知，氧化焙烧生成二氧化碳、HF气体及CeO2，再加稀硫酸、过氧化氢，发生氧化还原反应：2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O，溶液中加入萃取剂HT，操作I为分液将溶液中的Ce3+萃取出来，再加入稀硫酸得含有Ce3+的溶液，调节溶液的pH得到Ce(OH)3沉淀，再经过氧气氧化发生4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4，过滤、洗涤、干燥可得Ce(OH)4产品，以此来解答。

(1)CeFCO3中CO32-整体显-2价，F显-1价，根据化合物中正、负化合价代数和为0，可知Ce的价态为+3价；氧化焙烧时不能使用陶瓷容器，这是由于陶瓷容器中含有SiO2，SiO2与HF发生反应：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O，因此在该流程氧化焙烧时不能使用陶瓷容器；

(2)氧化焙烧后的产物之一为CeO2，酸浸时，CeO2与硫酸、H2O2发生氧化还原反应，产生Ce2(SO4)3、O2、H2O，该反应的离子方程式为2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O；

(3)操作I是得到溶液和有机相，是分离互不相容的两层液体物质，因此操作I的名称为分液；

(4)酸浸时加入H2O2，H2O2不稳定，在高温下会发生分解，造成浸出率偏小；

(5)该过程中存在Ce3+(水层)+3HT(有机层)CeT3(有机层)+3H+(水层)，向混合液中加入稀硫酸，使溶液中c(H+)增大，化学平衡逆向移动，即向生成Ce3+水溶液的方向移动，从而能获得较纯的含Ce3+水溶液；

(6)向Ce(OH)3悬浊液中通入氧气，发生氧化还原反应得到产品Ce(OH)4，该反应的化学方程式为：4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4；

(7)298K时，向c(Ce3+)=0.02 mol/L的溶液中加入NaOH溶液来调节溶液的pH，若反应后溶液pH=10，则c(OH-)=1.0×10-4 mol/L， Ce3+若形成沉淀，c(Ce3+)×c3(OH-)>Ksp[Ce(OH)3]，而此时溶液中c(Ce3+)=mol/L=1.0×10-8 mol/L<1.0×10-5 mol/L，因此Ce3+沉淀完全。