Question

11．鈰是一種重要的稀土金屬元素，納米CeO₂可作拋光材料、催化劑載體（助劑）、汽車(chē)尾氣吸收劑等，制備納米CeO₂的工藝流程如圖1（高鈰中Ce顯+4價(jià)）：

回答下列問(wèn)題：
（1）酸浸過(guò)程中，為了加快酸浸速率．可以采取的措施有將鈰礦石粉碎或加熱提高反應(yīng)溫度或適當(dāng)增大硫酸的濃度等（寫(xiě)一條即可）．
（2）H₂O₂的作用是將高鈰硫酸鹽還原．
（3）為了使硫酸鈰溶液中的Ce³⁺沉淀完全，需加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH至少為9．（已知：Ksp[Ce（OH）₃]=1.0×10^-20，當(dāng)離子濃度≤1.0×10^-5mol/L，認(rèn)為離子沉淀完全）
（4）氧化過(guò)程中，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：4．
（5）檢驗(yàn)制備的CeO₂是否為納米級(jí)的方法是將產(chǎn)品分散至水中，用一束強(qiáng)光照射，若產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng)，則制備的CeO₂為納米級(jí)．
（6）高鈰離子被還原的速率與溫度的關(guān)系如圖2所示．圖象中，溫度高于T₀時(shí)，高鈰離子被還原的速率逐漸減小的原因是溫度越高，雙氧水的分解速率越快，使得溶液中雙氧水的濃度減小，反應(yīng)速率減慢．
（7）測(cè)定Ce（OH）₄樣品純度：取mg樣品用適量稀硫酸溶解后，加蒸餾水稀釋至250mL．準(zhǔn)確量取出20.00mL溶液于錐形瓶中，滴加幾滴指示劑，用cmol/L的（NH₄）₂Fe（SO₄）₂標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)并記錄消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，將上述步驟重復(fù)3次，記錄消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均體積為VmL．
①產(chǎn)品的純度為$\frac{2.6cV}{m}$×100%．
②下列情況會(huì)使所測(cè)產(chǎn)品純度偏低的是D（填字母）．
A．末用標(biāo)準(zhǔn)溶液潤(rùn)洗滴定管
B．滴定前俯視計(jì)數(shù)，終點(diǎn)時(shí)仰視計(jì)數(shù)
C．錐形瓶惡殘留有蒸餾水
D．用FeCl₃溶液替代標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定．

Answer 1

分析 鈰礦石加入硫酸酸浸得到高鈰硫酸鹽，加入過(guò)氧化物稀硫酸還原高鈰硫酸鹽得到硫酸鈰溶液，加入氨水生成Ce（OH）₂沉淀，通入氧氣氧化得到Ce（OH）₄，分解得到CeO₂，
（1）酸浸過(guò)程中，為了加快酸浸速率，可以升溫、增大濃度、增大接觸面積等措施加快浸出速率；
（2）過(guò)氧化氫還原高鈰硫酸鹽得到硫酸鈰溶液；
（3）Ksp[Ce（OH）₃]=1.0×10^-20，當(dāng)離子濃度≤1.0×10^-5mol/L，認(rèn)為離子沉淀完全，依據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算得到氫氧根離子濃度；
（4）氧化過(guò)程中Ce（OH）₂沉淀通入氧氣氧化得到Ce（OH）₄，氧氣為氧化劑，Ce（OH）₂沉為還原劑，依據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒計(jì)算氧化劑和還原劑物質(zhì)的量之比；
（5）制備的CeO₂是否為納米級(jí)，溶于水利用膠體的丁達(dá)爾效應(yīng)檢驗(yàn)；
（6）過(guò)氧化氫在外地升高時(shí)會(huì)分解，還原劑濃度減小，反應(yīng)速率減��；
（7）Fe²⁺將四價(jià)鈰還原成Ce³⁺，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒n[Ce（OH）₄]=n[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂]，進(jìn)而計(jì)算產(chǎn)品純度．

解答 解：（1）將鈰礦石粉碎或加熱提高反應(yīng)溫度或適當(dāng)增大硫酸的濃度等都可以加快酸浸速率，
故答案為：將鈰礦石粉碎或加熱提高反應(yīng)溫度或適當(dāng)增大硫酸的濃度等；
（2）過(guò)氧化氫還原高鈰硫酸鹽得到硫酸鈰溶液，
故答案為：將高鈰硫酸鹽還原；
（3）Ksp[Ce（OH）₃]=c（Ce³⁺）c³（OH^-）=1.0×10^-20，當(dāng)離子濃度≤1.0×10^-5mol/L，c³（OH^-）=$\frac{1.0×1{0}^{-20}}{1.0×1{0}^{-5}}$=1.0×10^-15，
c（OH^-）=1.0×10^-5mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-5}}$=10^-9mol/L，需加入氨水調(diào)節(jié)溶液pH至少為9，
故答案為：9；
（4）氧化過(guò)程中，4Ce（OH）₃+2H₂O+O₂=4Ce（OH）₄，氧化劑與還原劑的物質(zhì)的量之比為1：4，
故答案為：1：4；
（5）檢驗(yàn)制備的CeO₂是否為納米級(jí)的方法是利用膠體的特征性質(zhì)，將產(chǎn)品分散至水中，用一束強(qiáng)光照射，若產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng)，則制備的CeO₂為納米級(jí)，
故答案為：用一束強(qiáng)光照射，若產(chǎn)生丁達(dá)爾效應(yīng)，則制備的CeO₂為納米級(jí)；
（6）高鈰離子被還原的速率與溫度的關(guān)系如圖2所示．圖象中，溫度高于T₀時(shí)，高鈰離子被還原的速率逐漸減小的原因是：溫度越高，雙氧水的分解速率越快，使得溶液中雙氧水的濃度減小，反應(yīng)速率減慢，
故答案為：溫度越高，雙氧水的分解速率越快，使得溶液中雙氧水的濃度減小，反應(yīng)速率減慢；
（7）①Fe²⁺將四價(jià)鈰還原成Ce³⁺，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒：n[Ce（OH）₄]=n[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂]=V×10^-3L×cmol•L^-1×$\frac{250ml}{20ml}$=0.0125cVmol，則m[Ce（OH）₄]=208g/mol×0.0125cVmol=2.6cV g
故樣品的純度為$\frac{2.6cVg}{mg}$×100%=$\frac{2.6cV}{m}$×100%，
故答案為：$\frac{2.6cV}{m}$×100%；  
②A．末用標(biāo)準(zhǔn)溶液潤(rùn)洗滴定管，標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度減小，消耗體積增大，計(jì)算得到結(jié)果偏高，故A錯(cuò)誤；
B．滴定前俯視計(jì)數(shù)，終點(diǎn)時(shí)仰視計(jì)數(shù)，測(cè)定標(biāo)注溶液體積增大，測(cè)定結(jié)果偏高，故B錯(cuò)誤；
C．錐形瓶殘留有蒸餾水對(duì)測(cè)定結(jié)果無(wú)影響，故C錯(cuò)誤；
D．用FeCl₃溶液替代標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，氯離子還原四價(jià)鈰還原成Ce³⁺，2Cl^-～Cl₂～2e^-，氧化還原反應(yīng)消耗氯化鐵溶液體積減少，測(cè)定結(jié)果偏低，故答案為：D；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)組成和成分的探究、物質(zhì)的分離提純方法、滴定實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析和計(jì)算等，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．