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轉化為穩定的無毒氣體，同時再生Ce4+，其原理如圖所示。

①無毒氣體從電解槽的___________（填字母序號）口逸出。

②每生成標準狀況下22.4 L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：

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假設參與酸浸反應的CeO2和CeF4的物質的量之比為3∶1，試寫出相應的化學方程式________________________________________。

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

④常溫下，當溶液中的某離子濃度時，可認為該離子沉淀完全。據此，在生成Ce(OH)3的反應中，加入NaOH溶液至pH至少達到____________時，即可視為Ce3 +已完全沉淀。

⑤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+ + NO2－+ NO３－+ 6H+c61∶49CeO2 + 3CeF4 + 45HCl + 3H3BO3 = Ce(Br4)3↓+ 11CeCl3 + 6Cl2↑+ 27H2O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）9NH4Cl固體分解產生的HCl可抑制CeCl3的水解

【解析】

（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，反應的方程式為3H2O+2NO+4Ce4+=4Ce3++NO2-+NO3-+6H＋；（2）①電解池中陽極失去電子，則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-得到電子轉化為氮氣，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+，，陰極的電極反應式為2NO2-+8H++6e—=N2↑+4H2O。每生成標準狀況下22.4 L無毒氣體，同時可再生Ce4+6mol；（3）①根據流程圖可知焙燒過程中CeFCO3與氧氣反應生成CeO2、CeF4、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假設參與酸浸反應的CeO2和CeF4的物質的量之比為3∶1，根據流程可知反應物還有HCl、H3BO3，生成物有Ce(Br4)3沉淀、CeCl3，根據化合價的變化，因元素Ce由+4價變為+3價，化合價降低，由氧化還原反應原理可知，應有元素化合價升高，則應有Cl2生成，結合質量守恒，則反應的化學方程式為9CeO2 + 3CeF4 + 45HCl + 3H3BO3 = Ce(Br4)3↓+ 11CeCl3 + 6Cl2↑+ 27H2O；③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；④常溫下，當溶液中c(Ce3 +)時，，則c，即pH=9，據此，在生成Ce(OH)3的反應中，加入NaOH溶液至pH至少達到9時，即可視為Ce3 +已完全沉淀；⑤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。