Question

【題目】鈰（Ce)是一種重要的稀土元素。以富含CeO2的廢玻璃粉末（含SiO2、 Fe2O3以及其他少量可溶于稀酸的雜質(zhì)）為原料，采用多種方法回收鈰。請(qǐng)回答下列問題：

(1)濕法空氣氧化法回收鈰的部分流程如下：

已知：CeO2不溶于稀鹽酸，也不溶于NaOH溶液。

濾渣的成分是________，反應(yīng)②的離子方程式是________。

(2)干法空氣氧化法回收鈰是把Ce(OH)3被空氣氧化成Ce(OH)4，氧化過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為________。兩種制備Ge(OH)4的數(shù)據(jù)如下表：

干法空氣氧化法	氧化溫度/℃	氧化率/%	氧化時(shí)間/h
暴露空氣中	110120	90	18
在對(duì)流空氣氧化爐中	110120	99	8

在對(duì)流空氣氧化爐中大大縮短氧化時(shí)間的原因是________。

(3)利用電解方法也可以實(shí)現(xiàn)鈰的回收。

①在酸性條件下電解Ce2O3 (如圖）：陽極電極反應(yīng)式為______，離子交換膜為______ (填“陰”或“陽”）離子交換膜。

②電解產(chǎn)物Ce(SO4)2是重要的氧化劑，將其配成標(biāo)準(zhǔn)溶液，在酸性條件下能測(cè)定工業(yè)鹽中NaNO2的含量，寫出發(fā)生反應(yīng)的離子方程式_______。

Answer 1

【答案】CeO2、SiO2 2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O 4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4 空氣對(duì)流能使氧氣濃度增大；使氧化表面增大 Ce2O3－2e－++6H+=2Ce4++3H2O 陽 Ce4++NO2-+H2O=2Ce3++NO3-+2H+

【解析】

分析流程圖中每一步發(fā)生的反應(yīng)，可知濾渣、濾液的成分；根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，分析反應(yīng)速率問題；由化合價(jià)的升降變化判斷電極產(chǎn)物，寫出電極反應(yīng)式；據(jù)物質(zhì)性質(zhì)分析氧化還原反應(yīng)產(chǎn)物，寫出反應(yīng)方程式。

(1)流程中的“濾渣”是玻璃粉末中加稀鹽酸過濾所得，必為不溶于稀鹽酸的CeO2、SiO2。“濾渣”中加入稀鹽酸、H2O2后，過濾所得濾液中含Ce3+，故此時(shí)CeO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而溶解，CeO2被還原為Ce3+，則H2O2被氧化為O2，反應(yīng)②的離子方程式為2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O。

(2)干法空氣氧化法回收鈰，Ce(OH)3被空氣中氧氣氧化成Ce(OH)4，反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4。與“暴露空氣中”相比，“在對(duì)流空氣氧化爐中”氧氣能維持較大濃度，發(fā)生氧化反應(yīng)的表面增大，化學(xué)反應(yīng)較快，使氧化時(shí)間縮短。

(3)①電解池中，陽極發(fā)生失電子的反應(yīng)（氧化反應(yīng)）。圖中電解裝置的陽極為Ce2O3，溶液為Ce(SO4)2、H2SO4的混合溶液，故為Ce2O3（Ce +3價(jià)）失電子生成Ce(SO4)2（Ce +4價(jià)），陽極電極反應(yīng)式為Ce2O3－2e－++6H+=2Ce4++3H2O。圖中陽極產(chǎn)物Ce4+在陰極排出，則電解池中為陽離子交換膜。

②Ce(SO4)2是重要的氧化劑，則NaNO2被其氧化為NaNO3，酸性條件下它們發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Ce4++NO2-+H2O=2Ce3++NO3-+2H+。