《2026年新高考5年真题高中化学全一册通用版广东专版》

18. (14分)稀土(RE)包括镧、钇等元素,是高科技发展的关键支撑。我国南方特有的稀土矿可用离子交换法处理,一种从该类矿(含铁、铝等元素)中提取稀土的工艺如下:

已知:月桂酸(C₁₁H₂₃COOH)熔点为44 ℃;月桂酸和(C₁₁H₂₃COO)₃RE均难溶于水。该工艺条件下,稀土离子保持+3价不变;$(C_{11}H_{23}COO)_{2} Mg$的$K_{ sp}=1.8×10^{-8}$;Al(OH)₃开始溶解时的pH为8.8;有关金属离子沉淀的相关pH见下表。

(1)“氧化调pH”中,化合价有变化的金属离子是Fe²⁺。
(2)“过滤1”前,用NaOH溶液调pH至[4.7,6.2)的范围内,该过程中Al³⁺发生反应的离子方程式为$Al³⁺ + 3OH⁻ \xlongequal{} Al(OH)₃↓$。
(3)“过滤2”后,滤饼中检测不到Mg元素,滤液2中Mg²⁺浓度为2.7 g·L⁻¹。为尽可能多地提取RE³⁺,可提高月桂酸钠的加入量,但应确保“过滤2”前的溶液中c(C₁₁H₂₃COO⁻)低于4.0×10⁻⁴mol·L⁻¹(保留两位有效数字)。
(4)①“加热搅拌”有利于加快RE³⁺溶出、提高产率,其原因是加热搅拌可加快反应速率。
②“操作X”的过程为先冷却结晶,再固液分离。
(5)该工艺中,可再生循环利用的物质有MgSO₄(写化学式)。
(6)稀土元素钇(Y)可用于制备高活性的合金类催化剂Pt₃Y。
①还原YCl₃和PtCl₄熔融盐制备Pt₃Y时,生成1 mol Pt₃Y转移15mol电子。
②Pt₃Y/C用作氢氧燃料电池电极材料时,能在碱性溶液中高效催化O₂的还原,发生的电极反应为$O₂ + 4e⁻ + 2H₂O \xlongequal{} 4OH⁻$。

答案： 18.参考答案
(1)Fe²⁺
$(2)[4.7,6.2)　Al³⁺ + 3OH⁻ \xlongequal{} Al(OH)₃↓ $
(3)4.0×10⁻⁴
(4)①加热搅拌可加快反应速率　②冷却结晶
(5)MgSO₄
$(6)①15　②O₂ + 4e⁻ + 2H₂O \xlongequal{} 4OH⁻$