Question

【題目】工業(yè)上利用氟碳鈰礦（主要成分CeCO3F）提取CeCl3的一種工藝流程如下：

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）CeCO3F中，Ce元素的化合價(jià)為_________。

（2）酸浸過(guò)程中可用稀硫酸和H2O2替換HCl，優(yōu)點(diǎn)為____________；寫(xiě)出稀硫酸、H2O2與CeO2反應(yīng)的離子方程式：______________。

（3）寫(xiě)出Ce(BF4)3中加入KCl溶液反應(yīng)的離子方程式：__________。

（4）化學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，SbF5能將MnF4從離子[SbF6]2-的鹽反應(yīng)得到，SbF5轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定離子[SbF6]-的鹽。而SbF4很不穩(wěn)定，受熱易分解為SbF3和F2。根據(jù)據(jù)以上研究寫(xiě)出以K2MnF6和SbF5為原料，在 423 K 的溫度下制備F2的化學(xué)方程式:______________________。

現(xiàn)代工業(yè)以電解熔融的氟氫化鉀(KHF2)和氟化氫(HF)混合物制備氟單質(zhì)，電解制氟裝置如圖所示。 已知KHF2是一種酸式鹽，寫(xiě)出陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)式_______。電解制氟時(shí)，要用鎳銅合金隔板將兩種氣體產(chǎn)物嚴(yán)格分開(kāi)的原因是________。

（5）已知25 ℃時(shí)，HF的電離平衡常數(shù)Ka=3.6×10-4，CaF2的溶解積常數(shù)Ksp(CaF2)=1.46×10-10。現(xiàn)向1 L 0.2 mol/L HF溶液中加入 1 L 0.2 mol/L CaCl2 溶液，通過(guò)列式計(jì)算說(shuō)明是否有沉淀產(chǎn)生：______________。

Answer 1

【答案】 ＋3 避免產(chǎn)生Cl2，不會(huì)造成環(huán)境污染 H2O2＋2CeO2＋6H＋===2Ce3＋＋4H2O＋O2↑ Ce(BF4)3＋3K+=== 3K BF4＋Ce3＋ 2K2MnF6＋4SbF54KSbF6＋2MnF3＋F2↑ 2HF＋2e－===H2↑＋4F－ 氟氣和氫氣能發(fā)生劇烈反應(yīng)，引發(fā)爆炸 c(H＋)＝c(F－)＝mol·L－1＝6×10－3mol·L－1，c(Ca2＋)＝0.1mol·L－1，c2(F－)·c(Ca2＋)＝3.6×10－5×0.1＝3.6×10－6>1.46×10－10，該體系有CaF2沉淀。

【解析】本題考查物質(zhì)制備工藝流程圖分析、離子方程式的書(shū)寫(xiě)等、電解池、溶度積的應(yīng)用等。

(1)根據(jù)化合物中元素化合價(jià)代數(shù)和為零可知，Ce元素在CeCO3F化合價(jià)為+3；（2）CeO2將鹽酸中Cl—氧化為Cl2，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染；若改為稀硫酸和H2O2，CeO2在酸性條件下將中H2O2氧化為O2，避免產(chǎn)生Cl2，不會(huì)造成環(huán)境污染，其離子方程為 H2O2＋2CeO2＋6H＋===2Ce3＋＋4H2O＋O2↑；（3）根據(jù)流程可知Ce(BF4)3中加入KCl生成KBF4沉淀和CeCl3溶液，故其離子反應(yīng)方程式為：Ce(BF4)3＋3K+=== 3KBF4＋Ce3＋；（4）結(jié)合題中信息“SbF5轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定離子[SbF6]-的鹽”和“SbF4很不穩(wěn)定，受熱易分解為SbF3和F2”，故K2MnF6和SbF5為原料，在423 K 的溫度下制備F2的化學(xué)方程式為：2K2MnF6＋4SbF54KSbF6＋2MnF3＋F2↑；電解池陰極發(fā)生還原反應(yīng)，化合價(jià)降低，電解池裝置圖可知，陰極產(chǎn)生氫氣，故陰極的電極反應(yīng)式為：2HF＋2e－===H2↑＋4F－；電解制氟時(shí)，陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體為F2，與陰極產(chǎn)生的氫氣能發(fā)生劇烈反應(yīng)，在暗處就能爆炸，因此電解制氟時(shí)，要用鎳銅合金隔板將兩種氣體產(chǎn)物嚴(yán)格分開(kāi)；（5）HFH++F—，由電離常數(shù)可知：c(H＋)＝c(F－)＝mol·L－1＝6×10－3mol·L－1，混合液中：c(Ca2＋)＝=0.1mol·L－1，c2(F－)·c(Ca2＋)＝3.6×10－5×0.1＝3.6×10－6>1.46×10－10，該體系有CaF2沉淀。