C e _ 2 ( C O _ 3 ) _ T 可用于催化…——2021 高考化学第 17 题答案解析

【解析】

【分析】焙烧浓硫酸和独居石的混合物、水浸， ${ \mathrm { C e P O } } _ { 4 }$ 转化为 ${ \mathrm { C e } } _ { 2 } ( { \mathrm { S O } } _ { 4 } ) ;$ 和 $\mathrm { H } _ { 3 } \mathrm { P O } _ { 4 }$ $\mathrm { S i O } _ { 2 }$ 与硫酸不反应，$\mathrm { A l } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 3 }$ 转化为 $\mathrm { { A l } } _ { 2 } ( \mathrm { { S O } } _ { 4 } ) { \mathfrak { Z } }$ ₃， $\mathrm { F e } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 3 }$ 转化为 $\mathrm { F e } _ { 2 } ( \mathrm { S O } _ { 4 } ) { \div }$ ， $\mathrm { C a F } _ { 2 }$ 转化为 $\mathrm { C a S O _ { 4 } }$ 和HF，酸性废气含 $\operatorname { H F } ;$ 后过滤，滤渣Ⅰ为 $\mathrm { S i O } _ { 2 }$ 和磷酸钙、 $\mathrm { F e P O } _ { 4 }$ ，滤液主要含 $\mathrm { H } _ { 3 } \mathrm { P O } _ { 4 }$ $\mathrm { C e } _ { 2 } ( \mathrm { S O } _ { 4 } ) { \div }$ ₃， $\mathrm { A l } _ { 2 } ( \mathrm { S O } _ { 4 } ) { \div }$ ₃， $\mathrm { F e } _ { 2 } ( \mathrm { S O } _ { 4 } ) { \div }$ ，加氯化铁溶液除磷，滤渣Ⅱ为 $\mathrm { F e P O } _ { 4 } ;$ 聚沉将铁离子、铝离子转化为沉淀，过滤除去，滤渣Ⅲ主要为氢氧化铝，还含氢氧化铁；加碳酸氢铵沉铈得 $\mathrm { C e } _ { 2 } ( \mathrm { C O } _ { 3 } ) _ { 3 } { \cdot } \mathrm { n H } _ { 2 } \mathrm { O }$ 。

【详解】(1)铈的某种核素含有58个质子和80个中子，则质量数为 $5 8 \substack { + 8 0 = 1 3 8 }$ ，该核素的符号为 $^ { 1 3 8 } _ { 5 8 } \mathrm { C e }$

(2)为提高“水浸”效率，可采取的措施有适当升高温度，将独居石粉碎等；

(3)结合流程可知，滤渣Ⅲ的主要成分是 $\mathrm { \ A l { ( O H ) } } _ { 3 }$ ；

(4)加入絮凝剂的目的是促使铝离子沉淀；

(5)用碳酸氢铵“沉铈”，则结合原子守恒、电荷守恒可知生成 $\mathrm { C e } _ { 2 } ( \mathrm { C O } _ { 3 } ) _ { 3 } \cdot \mathrm { n H } _ { 2 } \mathrm { O }$ 的离子方程式为$6 \mathrm { H C O _ { 3 } ^ { - } } + 2 \mathrm { C e } ^ { 3 ^ { + } } + ( \mathrm { n } - 3 ) \mathrm { H _ { 2 } O } = \mathrm { C e _ { 2 } } \left( \mathrm { C O _ { 3 } } \right) _ { 3 } \cdot \mathrm { n H _ { 2 } O } + 3 \mathrm { C O _ { 2 } } ^ { - }$ ↑；铵根离子的水解常数

$\mathrm { K _ { h } } ( \mathrm { \Delta N H _ { 4 } ^ { + } } ) { = } \frac { 1 0 ^ { - 1 4 } } { 1 . 7 5 \times 1 0 ^ { - 5 } } { \approx } 5 . 7 { \times } 1 0 ^ { - 1 0 }$ ，碳酸氢根的水解常数 $\mathrm { K _ { h } ( H C O _ { 3 } ^ { - } ) { = } \mathrm { - } \mathrm { \frac { K _ { w } } { K _ { a l } } = \mathrm { - } \mathrm { \frac { 1 0 ^ { - 1 4 } } { 4 . 4 \times 1 0 ^ { - 7 } } \approx 2 . 3 \times 1 0 ^ { - 8 } } } }$ ，则$\mathrm { K } _ { \mathrm { h } } ( \mathrm { N H } _ { 4 } ^ { + } ) { < } \mathrm { K } _ { \mathrm { h } } ( \mathrm { H C O } _ { 3 } ^ { - } )$ ，因此常温下加入的 $\mathrm { N H } _ { 4 } \mathrm { H C O } _ { 3 }$ 溶液呈碱性；

> ⑥由在高温条件下， $\mathrm { L i } _ { 2 } \mathrm { C O } _ { 3 }$ 、葡萄糖 $\mathrm { ( C _ { 6 } H _ { 1 2 } O _ { 6 } ) }$ 和 ${ \mathrm { F e P O } } _ { 4 }$ 可制备电极材料 ${ \mathrm { L i F e P O } } _ { 4 }$ ，同时生成CO和$\mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$ 可知，该反应中Fe价态降低，C价态升高，结合得失电子守恒、原子守恒可知该反应的化学方程式为 $6 \mathrm { L i _ { 2 } C O _ { 3 } } + \mathrm { C _ { 6 } H _ { 1 2 } O _ { 6 } } + 1 2 \mathrm { F e P O _ { 4 } } = 1 2 \mathrm { L i F e P O _ { 4 } } + 6 \mathrm { C O } \uparrow + 6 \mathrm { H _ { 2 } O } + 6 \mathrm { C O _ { 2 } \uparrow }$ 0