《2025年资源库高中化学人教版》

例283 [江西2024·15]稀土是国家的战略资源之一。以下是一种以独居石[主要成分为$ CePO_4 $，含有$ Th(PO_4)_2 $、$ U_3O_8 $和少量镧系杂质]为原料制备$ CeCl_3 \cdot nH_2O $的工艺流程图。
已知：ⅰ.$ K_{sp}[Th(OH)_4] = 4.0 × 10^{-45} $，$ K_{sp}[Ce(OH)_3] = 1.6 × 10^{-20} $，$ K_{sp}[Ce(OH)_4] = 2.0 × 10^{-48} $。
ⅱ.镧为第ⅡA族元素。
回答下列问题：
（1）关于独居石的热分解，以下说法正确的是_______（填序号）。
a. 降低压强，分解速率增大
b. 降低温度，分解速率降低
c. 反应时间越长，分解速率越大
d. 提高搅拌速度，分解速率降低
（2）$ Na_2U_2O_7 $中铀元素的化合价为_______，热分解阶段$ U_3O_8 $生成$ Na_2U_2O_7 $的化学反应方程式为_______。
（3）浓缩结晶后，得到的晶体产物化学式为_______。滤液可用于_______阶段循环利用，避免产生大量的高碱度废水。
（4）溶解阶段，将溶液pH先调到1.5~2.0，反应后再回调至4.5。
①盐酸溶解$ Ce(OH)_4 $的离子方程式为_______。
②当溶液pH=4.5时，$ c(Th^{4+}) = $_______$ mol \cdot L^{-1} $，此时完全转化为氢氧化物沉淀。

答案： （1）b
（2）+6；$ 2U_3O_8 + 6NaOH + O_2\xlongequal{\triangle} 3Na_2U_2O_7 + 3H_2O $
（3）$ Na_2U_2O_7 \cdot nH_2O $；热分解
（4）①$ Ce(OH)_4 + 4H^+ \xlongequal{} Ce^{4+} + 4H_2O $
②$ 4.0 × 10^{-23} $
解析：（1）a. 降低压强，气体浓度降低，分解速率减小，a错误；b. 降低温度，活化分子百分数减小，分解速率降低，b正确；c. 反应时间越长，反应物浓度降低，分解速率减小，c错误；d. 提高搅拌速度，可使固体与液体充分接触，分解速率增大，d错误。
（2）$ Na_2U_2O_7 $中$ Na $为+1价，$ O $为-2价，设$ U $的化合价为x，由化合物中正负化合价代数和为0可得：$ 2×(+1) + 2x + 7×(-2) = 0 $，解得x=+6；热分解阶段$ U_3O_8 $与$ NaOH $、$ O_2 $反应生成$ Na_2U_2O_7 $和$ H_2O $，化学方程式为$ 2U_3O_8 + 6NaOH + O_2\xlongequal{\triangle} 3Na_2U_2O_7 + 3H_2O $。
（3）由流程图可知，浓缩结晶后得到晶体产物和尾气，结合元素守恒可知晶体产物为$ Na_2U_2O_7 \cdot nH_2O $；滤液中含有$ NaOH $，可用于热分解阶段循环利用。
（4）①盐酸溶解$ Ce(OH)_4 $的离子方程式为$ Ce(OH)_4 + 4H^+ \xlongequal{} Ce^{4+} + 4H_2O $。②当溶液pH=4.5时，$ c(OH^-) = \frac{10^{-14}}{10^{-4.5}} = 10^{-9.5}\ mol/L $，$ K_{sp}[Th(OH)_4] = c(Th^{4+}) \cdot c^4(OH^-) = 4.0 × 10^{-45} $，则$ c(Th^{4+}) = \frac{4.0 × 10^{-45}}{(10^{-9.5})^4} = 4.0 × 10^{-23}\ mol/L $。