Question

17．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、汽車尾氣吸收劑等，制備納米CeO₂的工藝流程如圖1（高鈰中Ce顯+4價）

回答下列問題：
（1）酸浸過程中，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溫度或適當增大硫酸的濃度等（寫出一條即可）．
（2）H₂O₂的作用是將高鈰硫酸鹽還原；該步反應的離子方程式為2Ce⁴⁺+H₂O₂=2Ce³⁺+O₂↑+2H⁺．高鈰離子與H₂O₂反應的速率與溫度的關系如圖2所示．圖象中，溫度高于T₀時，反應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，反應速率減慢．
（3）常溫下，為了使硫酸鈰中的Ce³⁺沉淀完全，需加入氨水調節(jié)溶液pH至少為9．（已知：K_sp[Ce（OH）₃]=1.0×10^-20mol/L；當離子濃度≤1.0×10^-5mol/L，認為離子沉淀完全）．
（4）檢驗制備的CeO₂是否為納米級的方法是：將產(chǎn)品分散至水中，用一束強光照射，若產(chǎn)生丁達爾效應，則制備的CeO₂為納米級．
（5）測定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標準溶液滴定至終點并記錄消耗標準溶液的體積，將上述步驟重復3次，記錄消耗標準溶液的平均體積為VmL．
①用來量取待測溶液的儀器名稱為酸式滴定管．
②KSCN溶液不能（選填“能”或“不能”）指示滴定終點，原因是滴入NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液立即變紅，不能起到指示滴定終點的作用．
③產(chǎn)品的純度為$\frac{2.6cV}{m}$×100%（用題中所給字母表示）
④下列情況會使所測產(chǎn)品純度偏低的是D（填字母）．
A．末用標準溶液潤洗滴定管
B．滴定前俯視讀數(shù)，終點時仰視讀數(shù)
C．錐形瓶中殘留有蒸餾水
D．盛標準溶液的滴定管尖嘴處，滴定前無氣泡，滴定后有氣泡
E．標準液在空氣中放置時間較久．

Answer 1

分析 鈰礦石加入硫酸酸浸得到高鈰硫酸鹽，加入過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）過氧化氫還原高鈰硫酸鹽得到硫酸鈰溶液；過氧化氫在外地升高時會分解，還原劑濃度減小，反應速率減��；
（3）Ksp[Ce（OH）₃]=1.0×10^-20，當離子濃度≤1.0×10^-5mol/L，認為離子沉淀完全，依據(jù)溶度積常數(shù)計算得到氫氧根離子濃度；
（4）制備的CeO₂是否為納米級，溶于水利用膠體的丁達爾效應檢驗；
（5）Fe²⁺將四價鈰還原成Ce³⁺，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，根據(jù)電子轉移守恒n[Ce（OH）₄]=n[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂]，進而計算產(chǎn)品純度．

解答 解：（1）將鈰礦石粉碎或加熱提高反應溫度或適當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溫度或適當增大硫酸的濃度等；
（2）過氧化氫還原高鈰硫酸鹽得到硫酸鈰溶液，離子方程式為2Ce⁴⁺+H₂O₂=2Ce³⁺+O₂↑+2H⁺，高鈰離子被還原的速率與溫度的關系如圖2所示．圖象中，溫度高于T₀時，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，反應速率減慢，
故答案為：將高鈰硫酸鹽還原；2Ce⁴⁺+H₂O₂=2Ce³⁺+O₂↑+2H⁺；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，反應速率減慢；
（3）Ksp[Ce（OH）₃]=c（Ce³⁺）c³（OH^-）=1.0×10^-20，當離子濃度≤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，需加入氨水調節(jié)溶液pH至少為9，
故答案為：9；
（4）檢驗制備的CeO₂是否為納米級的方法是利用膠體的特征性質，將產(chǎn)品分散至水中，用一束強光照射，若產(chǎn)生丁達爾效應，則制備的CeO₂為納米級，
故答案為：用一束強光照射，若產(chǎn)生丁達爾效應，則制備的CeO₂為納米級；
（5）①待測溶液具有酸性和強氧化性，應用酸式滴定管量取，故答案為：酸式滴定管；
②不能用KSCN作為指示劑，因滴入NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液立即變紅，不能起到指示滴定終點的作用，
故答案為：不能；滴入NH₄）₂Fe（SO₄）₂溶液立即變紅，不能起到指示滴定終點的作用；
③Fe²⁺將四價鈰還原成Ce³⁺，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，根據(jù)電子轉移守恒：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%；  
④A．末用標準溶液潤洗滴定管，標準溶液濃度減小，消耗體積增大，計算得到結果偏高，故A錯誤；
B．滴定前俯視計數(shù)，終點時仰視計數(shù)，測定標注溶液體積增大，測定結果偏高，故B錯誤；
C．錐形瓶殘留有蒸餾水對測定結果無影響，故C錯誤；
D．盛標準溶液的滴定管尖嘴處，滴定前無氣泡，滴定后有氣泡，導致所用標準液體積偏小，則濃度偏低，故D正確；
E．標準液在空氣中放置時間較久，亞鐵離子被氧化，導致濃度偏低，則消耗體積增大，計算得到結果偏高，故E錯誤．
故答案為：D．

點評 本題考查了物質組成和成分的探究、物質的分離提純方法、滴定實驗過程分析和計算等，為高考常見題型，側重分析、推斷及實驗能力的綜合考查，題目難度中等．