Question

【題目】鈰(Ce)是種重要的稀土元素。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)為原料，采用多種方法回收鈰。請回答下列問題：

已知：CeO2不溶于稀鹽酸，也不溶于NaOH溶液。

⑴濾渣的成分是________，反應②的離子方程式是________。

⑵干法空氣氧化法回收鈰是把Ce(OH)3被空氣氧化成Ce(OH)4，氧化過程中發生的化學反應方程式為________。兩種制備Ce(OH)4的數據如下表：

干法空氣氧化法	氧化溫度	氧化率	氧化時間
暴露空氣中	110～120	90	18
在對流空氣氧化爐中	110～120	99	8

在對流空氣氧化爐中大大縮短氧化時間的原因是________。

⑶利用電解方法也可以實現鈰的回收。

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

②電解產物Ce(SO4)2是重要的氧化劑，將其配成標準溶液，在酸性條件下能測定工業鹽中NaNO2的含量，寫出發生反應的離子方程式________。

Answer 1

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

【解析】

廢玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物質中加入稀鹽酸，Fe2O3轉化FeCl3存在于濾液中，濾渣為CeO2和SiO2；加入稀硫酸和H2O2，CeO2轉化為Ce3+，濾渣為SiO2；加入堿和氧氣后Ce3+轉化為Ce(OH)4沉淀，Ce(OH)4分解為CeO2；

⑴由以上信息得知濾渣的成分，加入稀硫酸和H2O2，CeO2轉化為Ce3+，寫出反應②的離子方程式；

⑵氧化過程中Ce(OH)3被空氣氧化成Ce(OH)4；空氣對流能使氧氣濃度增大，使氧化表面增大，縮短氧化時間；

⑶①陽極上Ce2O3失電子生成Ce4+，陰極上氫離子得電子，Ce4+透過離子交換膜進入陰極得到Ce(SO4)2；②Ce(SO4)2在酸性條件下被NaNO2還原為Ce3+。

⑴由以上分析可知濾渣的成分是SiO2、CeO2，加入稀硫酸和H2O2，CeO2轉化為Ce3+，反應②的離子方程式是H2O2 + 6H+ + 2CeO2 = 2Ce3+ + O2↑+ 4H2O；

故答案為：SiO2、CeO2；H2O2 + 6H+ + 2CeO2 = 2Ce3+ + O2↑+ 4H2O；

⑵氧化過程中Ce(OH)3被空氣氧化成Ce(OH)4，發生的化學反應方程式為4Ce(OH)3 + O2 + 2H2O = 4Ce(OH)4；空氣對流能使氧氣濃度增大，使氧化表面增大，則對流空氣使氧化爐中大大縮短氧化時間；

故答案為：4Ce(OH)3 + O2 + 2H2O = 4Ce(OH)4；空氣對流能使氧氣濃度增大，使氧化表面增大；

⑶①陽極上Ce2O3失電子生成Ce4+，電極反應式為Ce2O3 －2e－ + 6H+ = 2Ce4+ + 3H2O，陰極上氫離子得電子，Ce4+透過離子交換膜進入陰極得到Ce(SO4)2，所以離子交換膜為陽離子交換膜為；

故答案為：Ce2O3 －2e－ + 6H+ = 2Ce4+ + 3H2O；陽；

②Ce(SO4)2在酸性條件下被NaNO2還原為Ce3+，離子方程式為2Ce4+ + NO2－+ H2O = 2Ce3++ 2H+ + NO3－，故答案為：2Ce4+ + NO2－+ H2O = 2Ce3++ 2H+ + NO3－。