Question

【題目】鑭系金屬元素鈰(Ce)常見有＋3、＋4兩種價態,鈰的合金耐高溫,可以用來制造噴氣推進器零件。請回答下列問題：

(1)霧霾中含有的污染物NO可以被含Ce4＋的溶液吸收,生成NO2－、NO3－ 物質的量之比為1：1，試寫出該反應的離子方程式：______________________。

(2)用電解的方法可將上述吸收液中的NO2- 轉化為穩定的無毒氣體，同時生成Ce4＋，其原理如下圖所示。

①無毒氣體從電解槽的_______(填字母代號)口逸出。

②每生成1mol無毒氣體,同時可再生Ce4＋ ______mol

(3)鈰元素在自然界中主要以氟碳鈰礦的形式存在，其主要化學成分為 CeFCO3。工業上利用氟碳鈰礦提取CeCl3的一種工藝流程如下圖所示

①焙燒過程中發生的主要反應的氧化劑和還原劑的物質的量之比為__________。

②向Ce(BF4)3中加入KCl溶液的目的是_________________________________。

③加熱CeCl3·6H2O和NH4Cl的固體混合物可得固體無水CeCl3，其中NH4Cl的作用是_________________________________________________________________。

Answer 1

【答案】4Ce4＋＋2NO＋3H2O＝4Ce3＋＋NO＋NO＋6H＋ c 6 1:4 避免Ce3＋以Ce(BF4)3形式沉淀而損失(或將Ce3＋全部轉化為CeCl3，提高產率) NH4Cl固體分解產生的HCl可抑制CeCl3的水解

【解析】

（1）NO可以被含Ce4+的溶液吸收，生成NO2-、NO3-，反應過程中N化合價升高，Ce化合價則降低，氧化劑為Ce4+，還原劑為NO；
（2）①采用電解法將NO2-轉化為無毒物質，同時再生Ce4+，過程中Ce化合價升高，為失電子反應，電解池中陽極處的反應為失電子反應；
②電解池陰極發生的反應為物質得到電子，發生還原反應，根據裝置圖，H+到陰極參加反應，電解將NO2-轉化為無毒物質，可判斷為N2，據此寫出電極反應；
（3）①焙燒過程中，CeFCO3轉化生成CeO2和CeF4，焙燒過程O2參加反應，據此寫出主要反應的方程式；
②向Ce（BF4）3中加入KCl溶液生成CeCl3和KBF，防止生成Ce（BF4）3沉淀；

③加熱CeCl36H2O和NH4Cl的固體混合物可得固體無水CeCl3，考慮到Ce是鑭系重金屬，重金屬離子會水解，NH4Cl的作用是調控溶液為酸性，抑制CeCl3的水解。

（1）霧霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO2－、NO3－ 物質的量之比為1：1，，反應的離子方程式為4Ce4＋＋2NO＋3H2O＝4Ce3＋＋NO2－＋NO3－＋6H＋。

因此，本題正確答案是：4Ce4＋＋2NO＋3H2O＝4Ce3＋＋NO2－＋NO3－＋6H＋；

（2）①電解池中Ce3＋在陽極失去電子轉化為Ce4＋，因此Ce4＋從電解槽的a口流出，陰極是NO2－得到電子轉化為N2，則無毒氣體從電解槽的c口逸出。

②陽極電極反應式為：Ce3＋-e-= Ce4＋，陰極電極反應式為：2NO2－+8H++6e-=N2↑+4H2O，每生成1mol無毒氣體，同時可再生6mol Ce4＋。

因此，本題正確答案是：c ；6；

（3）①根據流程圖可知焙燒過程中CeFCO3與氧氣反應生成CeO2、CeF4和CO2，反應方程式為4CeFCO3+O23CeO2+ CeF4+4CO2，其中氧化劑O2和還原劑CeFCO3的物質的量之比為1:4。

②避免Ce3＋以Ce(BF4)3形式沉淀而損失或將Ce3＋全部轉化為CeCl3，提高產率，故向Ce(BF4)3中加入KCl溶液。

③加熱CeCl3·6H2O和NH4Cl的固體混合物可得固體無水CeCl3，其中NH4Cl的作用是NH4Cl固體分解產生的HCl可抑制CeCl3的水解。

因此，本題正確答案是：1:4；避免Ce3＋以Ce(BF4)3形式沉淀而損失(或將Ce3＋全部轉化為CeCl3，提高產率) ；NH4Cl固體分解產生的HCl可抑制CeCl3的水解。