Question

二氧化铈(CeO₂)是一种重要的稀土化合物。以氟碳铈矿( 主要含CeCO₃F)为原料制备CeO₂ 的一种工艺流程如下:

 已知:i.Ce⁴⁺能与F^-结合成[ CeF_x]^(4-x)+,也能与SO₄^2-结合成[CeSOa₄]²⁺;

ii.在硫酸体系中Ce⁴⁺能被萃取剂[(HA)₂ ]萃取，而Ce³⁺不能

iii.常温下,Ce₂(CO₃)₃饱和溶液浓度为1.0×10^-6mol/L。请回答下列问题:

（1）铈的原子序数是58，它在元素周期表的位置是_________________________。

（2）“氧化焙烧”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法是____________________、_________________ (写出2种即可)。

（3）“氧化焙烧”产物CeO₂ 与稀H₂SO₄ 反应的离子方程式为________________。浸出的过程中常加入适量的Na₂SO₄浓溶液，其作用是_____________________________。

（4）“萃取”时存在反应:Ce⁴⁺+n(HA)₂Ce(H_2n-4A_2n)+4H⁺。萃取后水层中还存在的含铈元素的微粒主要是__________，经处理后可循环使用。

（5）“反萃取”中加H₂O₂的主要反应离子方程式为_______________________。在“反萃取”后所得水层中加入1.0mol/L的NH₄HCO₃溶液，产生Ce₂(CO₃)₃沉淀，当Ce³⁺沉淀完全时[c(Ce³⁺)=1×10^-5mol/L]，溶液中c(CO₃^2-)约为______________。

（6）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 ↑(0≤x≤0.25)的循环。请写出CeO₂消除CO尾气的化学方程式_____________________________。

Answer

第六周期 III B族 矿石粉碎成细小颗粒 通入大量空气 CeO2+4H++SO42-[CeSO4]2++H2O 增大c(SO42-)，以提高[CeSO4]2+的浸出率 [CeSO4]2+、Ce4+ 2Ce4+ +H2O2=2Ce3++O2 ↑+2H+ 1×10-6mol/L 2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2

【解析】（1）根据稀有气体氙的原子序数为54，位于第5周期0族，因此下推一个周期，即第6周期，第IA族，IIA族，原子序数分别为55、56，接下来为镧系，57-71之间，位于第六周期、III B族；所以铈的原子序数是58，位于第六周期、III B族；正确答案：第六周期、III B族。

（2）“氧化焙烧”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法是矿石粉碎成细小颗粒、通入大量空气等；正确答案：矿石粉碎成细小颗粒、通入大量空气。

（3）由题意Ce4+能与SO42-结合成[CeSO4]2+，则“氧化焙烧”产物CeO2与稀H2SO4反应的离子方程式为CeO2+4H++SO42-[CeSO4]2++H2O；正确答案：CeO2+4H++SO42-[CeSO4]2++H2O 。随着溶液中c(SO42-)增大，水层中Ce4+与SO42-结合成[CeSO4]2+,导致萃取平衡向生成[CeSO4]2+方向移动，以提高[CeSO4]2+的浸出率；正确答案：CeO2+4H++SO42-[CeSO4]2++H2O；增大c(SO42-)，以提高[CeSO4]2+的浸出率。

（4）“萃取”时存在反应：Ce4++n(HA)2Ce(H2n-4A2n)+4H+，该反应为可逆反应，萃取后水层中还存在的含铈元素的微粒主要是[CeSO4]2+、Ce4+，经处理后可循环使用；正确答案：[CeSO4]2+、Ce4+。

（5）根据流程图，“反萃取”中加H2O2后Ce4+转化为Ce3+，说明H2O2作还原剂，被Ce4+氧化生成氧气，反应的离子方程式为：2Ce4+ +H2O2=2Ce3++O2 ↑+2H+ ；由题意可知，常温下，Ce2(CO3)3饱和溶液浓度为1.0×10-6mol·L-1，则Ksp[Ce2(CO3)3]=(210-6)2(310-6)3=1.0810-28，当Ce3+沉淀完全时[c(Ce3+)=1×10-5mol·L-1]，溶液中c(CO32-)为110-6mol/L；正确答案：2Ce4+ +H2O2=2Ce3++O2 ↑+2H+ ；1×10-6mol/L。

（6）CeO2消除CO尾气的过程中，CO是还原剂被CeO2氧化为CO2，CeO2作氧化剂，被CO还原为CeO2(1-x)，反应的化学方程式为：2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2；正确答案：2xCO+CeO2=CeO2(1-x)+2xCO2。