（以稀土（铈Ce等）为载体）化学工业流程大题周练

以稀土（铈等）为载体的化学工业流程大题
1. 稀土元素包括钪、钇和镧系共17种元素，是重要的战略资源，我国稀土资源丰富。从氟碳铈矿(主要化学成分为CeFCO3)提取铈族稀土元素的一种工艺流程如下：

已知：①焙烧后铈元素主要以CeO2，形式存在，Ce(OH)3的Ksp=1.0×10−20。
②Ce4+能与SO42−结合成[CeSO4]2+，Ce3+能被萃取剂HR萃取。
(1)为提高原料的利用率，焙烧前应将矿石________处理。
(2)“浸取”过程中铈元素发生反应的离子方程式为________．
(3)“转化”过程中H2O2的作用是_______。
(4)“萃取”过程中发生反应：Ce3+(水层)+3HR(有机层)⇌CeR3(有机层)+3H+(水层)，设计“萃取”和“反萃取”操作的目的是                                           ；HR应该具有的特点是              。
a.萃取剂HR的密度一定比水大 b.萃取剂HR不溶于水，也不和水反应
c.萃取剂HR和Ce3+不反应 d.Ce3+在萃取剂中溶解度大于水中
(5)“调节pH”时，为了使Ce3+完全沉淀(浓度小于1×10−5mol/L)，溶液的pH应大于_______。。
(6)“氧化”操作得到产品的化学方程式为_______。
(7)CeO2，是汽车尾气净化器中的关键催化剂，能在还原性气氛中供氧，在氧化性气氛中耗氧，过程为：2CeO2⇌2CeO2−x+xO2↑(0≤x≤0.5)。写出CeO2消除CO的化学方程式_______。
2. 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______。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______。
(3)HT是一种难溶于水的有机溶剂，它能将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)。
操作I的名称是______，操作Ⅱ加入稀H2SO4的目的是______。
(4)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______。
3. 二氧化铈(CeO2)是一种重要的稀土氧化物，平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2、FeO等物质)。某课题组以此粉末为原料，设计如下工艺流程对资源进行回收，得到纯净的CeO2和硫酸铁铵晶体。

已知：CeO2不溶于稀硫酸，也不溶于NaOH溶液。
回答下列问题：
(1)稀酸A是______ a、盐酸 b、硫酸 c、硝酸
(2)滤液1中加入H2O2溶液的目的是______。
(3)写出滤渣1到滤液2的离子方程式______。
(4)设计实验证明滤液1中含有Fe2+______。
(5)在酸性溶液中，已知Fe2+溶液可以和难溶于水的FeO(OH)反应生成Fe3O4，书写该反应的离子方程式______。
(6)硫酸铁铵晶体[Fe2(SO4)3⋅2(NH4)2SO4⋅3H2O]广泛用于水的净化处理，但其在去除酸性废水中的悬浮物时效率降低，其原因是______。
(7)取上述流程中得到的Ce(OH)4产品0.531g，加硫酸溶解后，用浓度为0.1000mol⋅L−1的FeSO4标准溶液滴定至终点时(铈被还原为Ce3+)，消耗25.00mL标准溶液。该产品中Ce(OH)4的质量分数为______ (结果保留两位有效数字)，Mr(Ce)=140。
4. 著名化学家徐光宪在稀土领域贡献突出，被誉为“稀土界的袁隆平”。钇是稀土元素之一，我国蕴藏着丰富的钇矿石( Y2FeBe2Si2O10)，工业上通过如下工艺流程制取氧化钇，并获得副产物铍。

已知：i.钇(Y)的常见化合价为+3价；
ii.铍和铝处于元素周期表的对角线位置，化学性质相似；
iii.Fe3+、Y3+形成氢氧化物沉淀时的pH如下表：

(1)将钇矿石与NaOH共熔的反应方程式补充完整：
_____Y2FeBe2Si2O10+_____NaOH+_____ _____Y(OH)3+_____Fe2O3+ _____Na2SiO3+ _____Na2BeO2+ _____H2O
(2)滤渣Ⅱ的主要成分是_________。
(3)试剂A可以是_________(填序号)。
A.NaOH溶液    B.氨水      C.CO2        D.CaO
(4)用氨水调节pH =a时，a的取值范围是_____________。
(5)计算常温下Y3++3H2O⇌Y(OH)3+3H+的平衡常数K=____________。(常温下Ksp[Y(OH)3]=8.0×10−23)
(6)滤液Ⅲ加入氨水产生沉淀的离子方程式为_____________________________________。
(7)从BeCl2溶液中得到BeCl2固体的操作是______________________________________。
5. 氢氧化铈[Ce(OH)4]是一种重要的稀土氢氧化物，它可由氟碳酸铈精矿(主要含CeFCO3)经如下流程获得：
已知：在酸性溶液中Ce4+有强氧化性，回答下列问题：
(1)氧化焙烧生成的铈化合物二氧化铈(CeO2)，其在酸浸时反应的离子方程式为______；
(2)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：2Ce3+(水层)+6HT(有机层)⇌2CeT3+6H+(水层)从平衡角度解释：向CeT3(有机层)加入H2SO4获得较纯的含Ce3+的水溶液的原因是______；
(3)已知298K时，Ksp[Ce(OH)3]=1×10−20，为了使溶液中Ce3+沉淀完全，需调节pH至少为______；
(4)取某Ce(OH)4产品0.50g，加硫酸溶解后，用0.1000mol⋅L−1FeSO4溶液滴定至终点(铈被还原成Ce3+)。(已知：Ce(OH)4的相对分子质量为208)
①FeSO4溶液盛放在______(填“酸式”或“碱式”)滴定管中；
②根据下表实验数据计算Ce(OH)4产品的纯度______
滴定次数
FeSO4溶液体积(mL)
滴定前读数
滴定后读数
第一次
0.50
23.60
第二次
1.00
26.30
第三次
1.20
24.10
6. 稀土元素是元素周期表中第III B族钪、钇和镧系元素的总称。第三代永磁体材料——钕铁硼(NdFeB)因其优异的综合磁性能，被广泛应用于计算机、通信信息等高新技术产业。回答下列问题：
(1)基态Fe原子的价电子排布式为______________；铁、钴、镍元素性质非常相似，原子半径接近但依次减小，NiO、FeO的晶体结构类型与氯化钠相同，则晶格能NiO________(填“>”“”、“H2O2>Fe3+  4Ce3++O2+12OH−+2H2O=4Ce(OH)4↓  Fe3++3H2O⇌Fe(OH)3(胶体)+3H+  97.9%

【解析】解：(1)根据流程：废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2、FeO等物质)用稀酸A酸溶，制备硫酸铁铵晶体，故用稀硫酸A，Fe2O3、FeO溶解，SiO2、CeO2不溶，过滤，滤液1含有Fe2+、Fe3+，滤渣1主要为SiO2、CeO2，滤渣1用稀硫酸A、过氧化氢溶解，CeO2溶解：2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2+4H2O，SiO2不溶，滤渣2为SiO2，
故答案为：H2SO4；SiO2；
(2)废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2、FeO等物质)用稀酸A酸溶，制备硫酸铁铵晶体，故用稀硫酸A，Fe2O3、FeO溶解，SiO2、CeO2不溶，过滤，滤液1含有Fe2+、Fe3+，滤液1中加入H2O2溶液的目的是使Fe2+氧化为Fe3+；滤渣1中加入稀酸A和H2O2发生反应为：2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2+4H2O，H2O2中氧元素化合价变化(−1→0)，所以主要利用了H2O2的还原性，
故答案为：将Fe2+氧化成Fe3+；还原性；
(3)在酸性条件下，H2O2、Fe3+、CeO2三种物质中，CeO2和过氧化氢发生氧化还原反应，过氧化氢做还原剂被氧化，过氧化氢氧化亚铁离子生成铁离子，氧化性最强的是CeO2，则酸性条件下，H2O2、Fe3+、CeO2三种物质，氧化性由强到弱的顺序是CeO2>H2O2>Fe3+，
故答案为：CeO2>H2O2>Fe3+；
(4)滤液2生成Ce(OH)4的离子方程式为：4Ce3++O2+12OH−+2H2O=4Ce(OH)4↓；
故答案为：4Ce3++O2+12OH−+2H2O=4Ce(OH)4↓；
(5)硫酸铁铵晶体[Fe2(SO4)3⋅2(NH4)2SO4⋅3H2O]广泛用于水的净化处理，因为铁离子水解：Fe3++3H2O⇌Fe(OH)3(胶体)+3H+，得到的氢氧化铁胶体可以净水；
故答案为：Fe3++3H2O⇌Fe(OH)3(胶体)+3H+；
(6)Ce(OH)4样品5.31g，加稀H2SO4溶解后配制成100mL溶液，取出10.00mL，所含Ce(OH)4样品质量为0.531g，滴定反应为：Ce4++Fe2+=Ce3++Fe3+，则Ce(OH)4的物质的量为0.1000mol/L×0.025L=0.0025mol，故该产品中Ce(OH)4的质量分数为0.0025mol×208g/mol0.531g≈97.9%；
故答案为：97.9%。
根据流程：废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2、FeO等物质)用稀酸A酸溶，制备硫酸铁铵晶体，故用稀硫酸A，Fe2O3、FeO溶解，SiO2、CeO2不溶，过滤，滤液1含有Fe2+、Fe3+，滤渣1主要为SiO2、CeO2，向滤液1中加入稀硫酸A、过氧化氢，使Fe2+氧化为Fe3+，溶液1主要为硫酸铁溶液，再加入硫酸铵，蒸发浓缩、冷却结晶后得到硫酸铁铵晶体，
滤渣1用稀硫酸A、过氧化氢溶解，CeO2溶解：2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2+4H2O，SiO2不溶，滤渣2为SiO2，滤液2含有Ce3+，加入NaOH，通入氧气得到Ce(OH)4，反应为：4Ce3++O2+12OH−+2H2O=4Ce(OH)4↓，将Ce(OH)4灼烧得到CeO2，据此分析作答。
(1)制备硫酸铁铵晶体，故用稀硫酸A，滤渣2为SiO2；
(2)滤液1含有Fe2+、Fe3+，向滤液1中加入稀硫酸A、过氧化氢，使Fe2+氧化为Fe3+，滤渣1用稀硫酸A、过氧化氢溶解，CeO2溶解，根据元素的化合价变化判断过氧化氢的作用；
(3)氧化剂的氧化性大于氧化产物；
(4)滤液2含有Ce3+，加入NaOH，通入氧气得到Ce(OH)4沉淀，据此书写离子方程式；
(5)铁离子水解生成氢氧化铁胶体，胶体具有吸附性；
(6)Ce(OH)4样品5.31g，加稀H2SO4溶解后配制成100mL溶液，取出10.00mL，所含Ce(OH)4样品质量为0.531g，根据滴定反应为：Ce4++Fe2+=Ce3++Fe3+，计算Ce(OH)4的纯度。
本题以工艺流程为基础，考察化学实验基本操作、元素及化合物知识、化学计算、氧化还原反应等相关知识，结合题目信息对流程的分析是本题的解题关键，题目难度中等。
10.【答案】(1)陶瓷会与生成的HF反应
(2)2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O 
(3)分液
(4)温度升高后，双氧水会分解，造成浸出率减小
(5)向混合液中加入稀硫酸，使c(H+)增大，平衡向形成Ce3+水溶液的方向移动
(6) 8


【解析】【分析】
本题主要考查了影响化学反应速率的因素、物质的分离子操作、化学平衡的移动、氧化还原反应的书写及质量分数的计算，是对化学基础知识的综合考查，对学生综合应用基础知识的能力要求较高，答题时注意守恒的方法及平衡的思想的运用，题目难度中等。
【解答】
氟碳铈矿主要化学成分为CeFCO3，用硫酸强化焙烧得浸出液中含有氟离子、铈离子、硫酸等，尾气中主要含有二氧化碳，加入碳酸钙会生成硫酸钙和氟化钙等难溶物为滤渣，和硫酸稀土溶液，在硫酸稀土溶液中加入萃取剂HT，经过分液将溶液中的Ce3+萃取出来，再加入稀硫酸得含有Ce3+的溶液，调节溶液的pH值得Ce(OH)3沉淀，再经过氧气氧化，过滤、洗涤、干燥可得Ce(OH)4产品。
(1)反应中生成的HF能溶解陶瓷容器中含有的SiO2，则氧化培烧时不能使用陶瓷容器氧化焙烧生成的铈化合物二氧化铈(CeO2)；
故答案为：陶瓷会与生成的HF反应；
(2)氧化焙烧生成的铈化合物二氧化铈(CeO2)，其在酸浸时发生离子反应为：2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O；
故答案为：2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O；
(3)加入萃取剂HT后，液体混合物分成二层，操作Ⅰ应为分液，
故答案为：分液；
(4)H2O2易受热分解，为防止其分解，降低酸浸率，则温度不易太高；
故答案为：温度升高后，双氧水会分解，造成浸出率减小；
(5)根据平衡2Ce3+(水层)+6HT(有机层)⇌2CeT3(有机层)+6H+(水层)可知，混合液中加入H2SO4使c(H+)增大，平衡向形成Ce3+水溶液方向移动，
故答案为：混合液中加入H2SO4,使c(H+)增大，平衡向形成Ce3+水溶液方向移动；
(6)已知Ksp[Ce(OH)3]=c(Ce3+)×c3(OH−)=5×10−20，溶液中c(Ce3+)=0.05mol·L−1，加碱调节pH，Ce3+开始沉时溶液c(OH−)=1×10−6mol/L，即pH=8；
故答案为：8；
(7)根据流程结合元素守恒可知Ce(OH)3结合氧气和水生成Ce(OH)4，反应的化学方程式为4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4；
故答案为：4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4。