《2026年高考领航卷化学》

16.【2026届安徽省六校入学素质测试】(14分)稀土(RE)包括镧(La)、钇(Y)、钪(Sc)、铈(Ce)等元素,是重要的战略资源。从离子型稀土矿(含Fe、Al等元素)中提取稀土元素并获得高附加值产品的一种工艺流程如图所示。

已知:该工艺下,除铈(Ce)外,稀土离子保持+3价不变;草酸可与多种过渡金属离子形成可溶性配位化合物;常温下,金属离子形成氢氧化物沉淀的相关pH见下表,其中当溶液中离子浓度≤10$^{-5}$mol·L$^{-1}$时,可以认为沉淀完全。

回答下列问题:
(1)$Sc^{3+}$的基态电子排布式与______原子的基态电子排布式相同。

(2)利用离子交换法浸出稀土的过程如图所示。已知离子半径越小、电荷数越大,离子交换能力越强。下列离子对$RE^{3+}$交换能力最强的是______。
A.$Na^{+}$
B.$NH_{4}^{+}$
C.$Mg^{2+}$
D.$F^{-}$
(3)"预中和"工序中,适宜的pH范围是______。$Fe^{3+}$发生反应的离子方程式为______。

(4)"草酸化"过程中,测得稀土(RE)的沉淀率随$\frac{n(H_{2}C_{2}O_{4})}{n(RE^{3+})}$的变化情况如图所示。随草酸加入,稀土(RE)的沉淀率先上升后下降的原因是______。
(5)"沉淀"工序产物中含有$La(OH)_{3}$,计算$La(OH)_{3}$的$K_{sp}$为______。
(6)稀土元素钇(Y)可用于制备高活性合金类催化剂$Pt_{3}Y$,写出用氢气还原$YCl_{3}$和$PtCl_{4}$熔融盐制备$Pt_{3}Y$的化学方程式______。
(7)有机物HR能将$Ce^{3+}$从水溶液中萃取出来,该过程可表示为:$Ce^{3+}$(水层)+3HR(有机层)$\rightleftharpoons CeR_{3}$(有机层)+3$H^{+}$(水层)。向$CeR_{3}$(有机层)中加入______(填"酸"或"碱")进行反萃取能获得较纯的含$Ce^{3+}$水溶液。

答案：
(1)Ar(1分)
(2)C(2分)
(3)3.2≤pH ＜ 4.3(2分，写成“[3.2,4.3)”也可)　Fe³⁺ + 3HCO₃⁻ = Fe(OH)₃↓ + 3CO₂↑(2分，未配平得1分)
(4)刚开始加入草酸时，沉淀未完全，随草酸浓度增大，稀土(RE)的沉淀率上升；当草酸用量过多时，草酸与RE³⁺形成可溶性配位化合物(2分，合理即可)
(5)10⁻²⁰(2分)
(6)15H₂ + 2YCl₃ + 6PtCl₄$\stackrel{高温}{=}$2Pt₃Y + 30HCl(2分，未配平得1分，少写反应条件不扣分)
(7)酸(1分)
工艺流程分析　
(1)Sc为21号元素，基态Sc³⁺核外有18个电子，其电子排布式与Ar原子的基态电子排布式相同。
(2)根据离子半径越小、电荷数越大，离子交换能力越强，可知对RE³⁺交换能力最强的是Mg²⁺，F⁻为阴离子，不符合题意。
(3)“预中和”工序中使Fe³⁺沉淀，其他金属阳离子不沉淀，适宜的pH范围为3.2≤pH ＜ 4.3。Fe³⁺发生的反应为Fe³⁺ + 3HCO₃⁻ = Fe(OH)₃↓ + 3CO₂↑。
(4)已知草酸可与多种过渡金属离子形成可溶性配位化合物，刚开始加入草酸时，稀土(RE)未完全沉淀，随草酸浓度增大，稀土(RE)的沉淀率上升；当草酸用量过多时，草酸与RE³⁺形成可溶性配位化合物，稀土(RE)的沉淀率下降。
(5)根据表中数据可得，La³⁺刚好沉淀完全时pH = 9.0，此时c(La³⁺) = 10⁻⁵mol·L⁻¹，c(OH⁻) = 10⁻⁵mol·L⁻¹，则Kₛₚ[La(OH)₃] = c(La³⁺)·c³(OH⁻) = 10⁻⁵×(10⁻⁵)³ = 10⁻²⁰。
(6)YCl₃中Y元素化合价为+3，PtCl₄中Pt元素化合价为+4，合金类催化剂Pt₃Y中金属元素Y、Pt均为0价，H₂还原YCl₃和PtCl₄熔融盐制备Pt₃Y时，化学方程式为15H₂ + 2YCl₃ + 6PtCl₄$\stackrel{高温}{=}$2Pt₃Y + 30HCl。
(7)根据平衡Ce³⁺(水层) + 3HR(有机层)⇌CeR₃(有机层) + 3H⁺(水层)，可知向CeR₃(有机层)中加入酸时，c(H⁺)增大，平衡向形成Ce³⁺的方向移动，则能获得较纯的含Ce³⁺水溶液。