Question

铈是稀土中丰度最高的元素，其在电子材料、催化剂等方面的应用广泛。现以氟碳铈矿(含CeFCO₃、BaO、SiO₂等)为原料制备氧化铈(CeO₂)，并测定其纯度。其工艺流程如下：

已知：①稀土离子易和SO形成复盐沉淀：

Ce₂(SO₄)₃＋Na₂SO₄＋nH₂O====  Ce₂(SO₄)₃·Na₂SO₄·nH₂O↓(复盐沉淀)；

②硫脲：一种有机物，结构简式为，酸性条件下易被氧化为(SCN₂H₃)₂；

③Ce^3＋在空气中易被氧化为Ce^4＋；

回答下列问题：

(1)焙烧时，为了提高焙烧效率，可采取的措施有________________________________________

(2)CeFCO₃中Ce元素的化合价为___________，滤渣A的主要成分是_____________

(3)焙烧后加入硫酸浸出，稀土的浸出率和硫酸浓度、温度有关，如图所示，应选择的适宜的条件为___________，硫酸浓度过大时，浸出率减小的原因是__________。

(4)加入硫脲的目的是将Ce^4＋还原为Ce^3＋，反应的化学方程式为_________。

(5)步骤③加入盐酸后，通常还需加入H₂O₂，其主要目的为_________。

(6)步骤④的离子方程式为________________________。

(7)取所得产品CeO₂ 8.0g，用30 mL高氯酸和20 mL磷酸混合液加热溶解，冷却至室温后，配成250 mL溶液。取25.00 mL溶液用0.2000 mol·L^－1硫酸亚铁铵[(NH₄)₂Fe(SO₄)₂]溶液滴定，已知滴定时发生的反应为Fe^2＋＋Ce^4＋====  Fe^3＋＋Ce^3＋，达到滴定终点时消耗硫酸亚铁铵溶液20.50 mL，则该产品的纯度为____________。

Answer

将氟碳铈矿粉碎以增大接触面积或延长焙烧时间 ＋3价 BaSO4和SiO2 温度85℃、c(H＋)2.5mol/L 溶液中c(SO)增大，易和稀土离子形成复盐沉淀而使浸出率降低 2Ce(SO4)2＋2==== Ce2(SO4)3＋(SCN2H3)2＋H2SO4 防止Ce3＋被氧化 2Ce3＋＋6HCO==== Ce2(CO3)3↓＋3CO2↑＋3H2O 88.15%

【解析】

氟碳铈矿(含CeFCO3、BaO、SiO2等)在空气中焙烧，Ce元素被氧化，得到CeO2、CeF4，之后用稀硫酸浸取，得到的滤渣A为难溶物BaSO4以及SiO2，滤液A中主要含有Ce4+、Fˉ等，相继加入硫脲和硫酸钠，根据题目已知信息可知Ce元素转化为Ce2(SO4)3·Na2SO4·nH2O沉淀，依次加入NaOH溶液和稀盐酸，得到含Ce3+的溶液，然后向溶液中加入碳酸氢铵，碳酸氢根电离出的碳酸根与Ce3+结合得到Ce2(CO3)3沉淀，高温灼烧得到CeO2。

(1)将氟碳铈矿粉碎以增大接触面积或延长焙烧时间都可以提高焙烧效率；

(2)CeFCO3中F为-1价，O为-2价，C为+4价，所以Ce为+3价；滤渣A主要为难溶物BaSO4和SiO2；

(3)据图可知当c(H＋)=2.5mol/L浸出率最高，温度为85℃时浸出率最高，所以适宜的条件为温度85℃、c(H＋)=2.5mol/L；根据题目已知信息可知溶液中c(SO)增大，易和稀土离子形成复盐沉淀而使浸出率降低；

(4)根据题目信息可知反应过程中被氧化成(SCN2H3)2，而Ce4＋被还原为Ce3＋，根据电子守恒可得化学方程式为2Ce(SO4)2＋2===Ce2(SO4)3＋(SCN2H3)2＋H2SO4；

(5)加入双氧水可以防止Ce3＋被氧化；

(6)含Ce3+溶液中加入碳酸氢铵溶液，碳酸氢根电离出的碳酸根与Ce3+结合生成沉淀，促进碳酸氢根的电离，所以会产生大量氢离子，氢离子又和碳酸氢根结合生成二氧化碳和水，所以离子方程式为2Ce3＋＋6HCO===Ce2(CO3)3↓＋3CO2↑＋3H2O；

(7)根据滴定时发生的反应可知25.00mL溶液中n(Ce4+)=n{[(NH4)2Fe(SO4)2]}=0.2000mol/L×0.0205L=0.0041mol，则样品中n(Ce4+)=0.0041mol×=0.041mol，n(CeO2)=n(Ce4+)=0.041mol，所以样品的纯度为100%=88.15%。