《2026年新高考5年真题高中化学全一册通用版湖南专版》

17. (13 分)$Ce_2(CO_3)_3$ 可用于催化剂载体及功能材料的制备。天然独居石中,铈($Ce$)主要以 $CePO_4$ 形式存在,还含有 $SiO_2$、$Al_2O_3$、$Fe_2O_3$、$CaF_2$ 等物质。以独居石为原料制备 $Ce_2(CO_3)_3·nH_2O$ 的工艺流程如下：


回答下列问题：
(1)铈的某种核素含有 58 个质子和 80 个中子,该核素的符号为$^{138}_{58}$Ce。
(2)为提高“水浸”效率,可采取的措施有充分搅拌、延长水浸时间（或适当升高溶液温度等）(至少写两条)。
(3)滤渣Ⅲ的主要成分是Fe(OH)₃、Al(OH)₃(填化学式)。
(4)加入絮凝剂的目的是吸附沉淀使沉淀颗粒变大。
(5)“沉铈”过程中,生成 $Ce_2(CO_3)_3·nH_2O$ 的离子方程式为2Ce³⁺ + 6HCO₃⁻ + (n - 3)H₂O ══ Ce₂(CO₃)₃·nH₂O↓ + 3CO₂↑,常温下加入的 $NH_4HCO_3$ 溶液呈碱性(填“酸性”“碱性”或“中性”)(已知：$NH_3·H_2O$ 的 $K_b = 1.75×10^{-5}$,$H_2CO_3$ 的 $K_{a1} = 4.4×10^{-7}$,$K_{a2} = 4.7×10^{-11}$)。
(6)滤渣Ⅱ的主要成分为 $FePO_4$,在高温条件下,$Li_2CO_3$、葡萄糖$(C_6H_{12}O_6)$和 $FePO_4$ 可制备电极材料 $LiFePO_4$,同时生成 $CO$ 和 $H_2O$,该反应的化学方程式为3Li₂CO₃ + C₆H₁₂O₆ + 6FePO₄ $\stackrel{高温}{=\!=\!=}$ 6LiFePO₄ + 9CO↑ + 6H₂O↑。

答案： 17. 参考答案
(1)$^{138}_{58}$Ce
(2)充分搅拌、延长水浸时间（或适当升高溶液温度等）
(3)Fe(OH)₃、Al(OH)₃
(4)吸附沉淀使沉淀颗粒变大
(5)2Ce³⁺ + 6HCO₃⁻ + (n - 3)H₂O ══ Ce₂(CO₃)₃·nH₂O↓ + 3CO₂↑ 碱性
(6)3Li₂CO₃ + C₆H₁₂O₆ + 6FePO₄ $\stackrel{高温}{=\!=\!=}$ 6LiFePO₄ + 9CO↑ + 6H₂O↑
命题意图：本题考查工艺流程，涉及物质的性质和转化、反应条件的控制等知识点，考查考生接受、吸收、整合化学信息的能力，以及分析和解决化学问题的能力，意在考查“科学态度与社会责任”化学学科核心素养。
解题思路：
(1)核素Ce的质量数为58 + 80 = 138，故符号为$^{138}_{58}$Ce。
(2)为提高“水浸”效率，可采取的措施有增加固液接触面积、充分搅拌、延长水浸时间或适当升高溶液温度等。
(3)独居石与浓硫酸经焙烧后水浸，SiO₂不溶解，滤渣Ⅰ的主要成分为SiO₂和CaSO₄；“水浸”后溶液中主要含有Al³⁺、Fe³⁺、Ce³⁺，加入MgO调节pH之后，Al³⁺、Fe³⁺转化为沉淀，故滤渣Ⅲ中的主要成分是Fe(OH)₃、Al(OH)₃。
(4)由于Fe(OH)₃和Al(OH)₃易形成胶状物质，不易被过滤，加入絮凝剂后可以使Fe(OH)₃和Al(OH)₃充分地沉淀，有利于除去Al³⁺和Fe³⁺。
(5)由Kₐ(NH₃·H₂O) ＞ Kₐ(H₂CO₃)可知，HCO₃⁻的水解程度比NH₄⁺的水解程度大，故NH₄HCO₃溶液中c(OH⁻) ＞ c(H⁺)，溶液呈碱性。