實驗室以碳酸鈰[Ce
2(CO
3)
3]為原料制備氧化鈰(CeO
2)粉末,部分實驗過程如下:
已知:Ce(OH)
4難溶于稀硝酸;Ce
4+極易水解,酸性較強時有強氧化性。
(1)“氧化、沉淀”過程
①向酸溶后的溶液中加入氨水和H
2O
2溶液,維持pH為5~6充分反應,生成膠狀紅褐色過氧化鈰[Ce(OH)
3O?OH]沉淀,加熱煮沸,過氧化鈰轉化為黃色氫氧化鈰[Ce(OH)
4]。反應生成過氧化鈰的離子方程式為
2Ce
3++6NH
3?H
2O+3H
2O
2=2Ce(OH)
3O?OH+6
+2H
2O
2Ce
3++6NH
3?H
2O+3H
2O
2=2Ce(OH)
3O?OH+6
+2H
2O
。
②雙氧水與氨水的加入量之比對Ce
3+氧化率的影響如圖1所示,H
2O
2與NH
3?H
2O物質的量之比大于1.20時,Ce
3+氧化率下降的原因是
當H2O2和NH3?H2O物質的量之比大于1.20時因溶液中OH-濃度不足導致,溶液中Ce4+離子濃度增大,將過氧化氫氧化,自身則還原為Ce3+,因此Ce3+的氧化率降低
當H2O2和NH3?H2O物質的量之比大于1.20時因溶液中OH-濃度不足導致,溶液中Ce4+離子濃度增大,將過氧化氫氧化,自身則還原為Ce3+,因此Ce3+的氧化率降低
。
(2)“過濾、洗滌”過程
①“過濾”需用到的玻璃儀器有燒杯、漏斗和
玻璃棒
玻璃棒
。
②“洗滌”的實驗操作是
過濾完成后,在漏斗中注入適量蒸餾水,待洗滌液完全過濾后,重復操作2-3次
過濾完成后,在漏斗中注入適量蒸餾水,待洗滌液完全過濾后,重復操作2-3次
。
(3)“焙燒”過程
焙燒Ce(OH)
4過程中測得剩余固體質量與起始固體質量的比值隨溫度變化的曲線如圖所示。則301~317℃范圍內,B→C發(fā)生反應的化學方程式為
(寫出確定物質化學式的計算過程)。
(4)由稀土碳酸鹽獲取La(OH)
3以稀土碳酸鹽樣品[含有La
2(CO
3)
3、Ce
2(CO
3)
3和可溶性Ce
2(SO
4)
3]為原料可獲得純凈的La(OH)
3請補充實驗方案:向稀土碳酸鹽樣品中
加入2mol?L-1HNO3溶解;向酸溶后的溶液加入足量1mol/L氨水、30%H2O2溶液將,維持pH為5~6充分反應,生成膠狀紅褐色過氧化鈰[Ce(OH)3O?OH]沉淀,過濾;將濾液pH調至7.8以上,再次過濾,洗滌即可得到純凈La(OH)3
加入2mol?L-1HNO3溶解;向酸溶后的溶液加入足量1mol/L氨水、30%H2O2溶液將,維持pH為5~6充分反應,生成膠狀紅褐色過氧化鈰[Ce(OH)3O?OH]沉淀,過濾;將濾液pH調至7.8以上,再次過濾,洗滌即可得到純凈La(OH)3
,烘干,得到La(OH)
3固體。[已知:La
3+不與H
2O
2反應;La
3+、Ce
3+開始轉化為氫氧化物沉淀的pH分別為7.8、7.6;可選用的試劑有:1mol?L
-1氨水、30%H
2O
2溶液、2mol?L
-1HNO
3溶液、2mol?L
-1HCl溶液、1mol?L
-1BaCl
2溶液、去離子水]
【答案】2Ce
3++6NH
3?H
2O+3H
2O
2=2Ce(OH)
3O?OH+6
+2H
2O;當H
2O
2和NH
3?H
2O物質的量之比大于1.20時因溶液中OH
-濃度不足導致,溶液中Ce
4+離子濃度增大,將過氧化氫氧化,自身則還原為Ce
3+,因此Ce
3+的氧化率降低;玻璃棒;過濾完成后,在漏斗中注入適量蒸餾水,待洗滌液完全過濾后,重復操作2-3次;Ce(OH)
4CeO
2+H
2O;加入2mol?L
-1HNO
3溶解;向酸溶后的溶液加入足量1mol/L氨水、30%H
2O
2溶液將,維持pH為5~6充分反應,生成膠狀紅褐色過氧化鈰[Ce(OH)
3O?OH]沉淀,過濾;將濾液pH調至7.8以上,再次過濾,洗滌即可得到純凈La(OH)
3