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。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)為了提高焙燒效率可以采取的措施有______________。(回答兩條即可)

(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： ______。有同學認為酸浸過程中用稀硫酸和H2O2替換鹽酸更好，其理由是：___________。

(3)常溫下，當溶液中的某離子濃度≤1.0×10－5 mol·L－1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。{Ksp[Ce(OH)3]＝1.0×10－20}。

(4)向Ce(BF4)3中加入KCl溶液，該反應能發生的原因是____________________。

(5)霧霾中含有的污染物NO可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO2-、NO3-，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，同時將Ce3＋再生為Ce4＋，其原理如圖所示。

①NO2-從電解槽的________(填字母序號)口進入。

②每生成標準狀況下11.2 L無毒氣體，同時可再生Ce4＋________ mol。

Answer 1

【答案】粉碎、逆流、增大空氣量 9CeO2＋3CeF4＋45HCl＋3H3BO3=Ce(BF4)3↓＋11CeCl3＋6Cl2↑＋27H2O 不釋放氯氣，減少對環境的污染 9 KBF4的溶解性比Ce(BF4)3 的溶解性更小 d 3

【解析】

利用氟碳鈰礦（主要成分CeFCO3）提取CeCl3的一種工藝流程為，CeFCO3焙燒得CeO2、CeF4，用鹽酸和硼酸酸浸，過濾得沉淀Ce(BF)4和CeCl3濾液，Ce(BF)4與氯化鉀溶液反應得到CeCl3和KBF4，CeCl3與前面濾液中CeCl3的合并再加氫氧化鈉，得Ce(OH)3沉淀，Ce(OH)3沉淀與鹽酸反應可得CeCl36H2O，加熱CeCl36H2O和NH4Cl的固體混合物可得到無水CeCl3；據此解答。

(1)根據外界條件對反應速率的影響可知為了提高焙燒效率可以采取的措施有粉碎、逆流、增大空氣量等。

(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(BF4)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，結合原子守恒可知相應的化學方程式為9CeO2＋3CeF4＋45HCl＋3H3BO3=Ce(BF4)3↓＋11CeCl3＋6Cl2↑＋27H2O。由于有氯氣生成，會污染空氣，所以酸浸過程中用稀硫酸和H2O2替換鹽酸更好的理由是不釋放氯氣，減少對環境的污染。

(3)常溫下，當溶液中的某離子濃度≤1.0×10－5 mol·L－1時，可認為該離子沉淀完全。根據Ksp[Ce(OH)3]＝1.0×10－20可知溶液中氫氧根濃度是＝10－5mol/L，因此在生成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。

(4)由于KBF4的溶解性比Ce(BF4)3的溶解性更小，因此向Ce(BF4)3中加入KCl溶液，該反應能發生。

(5)①根據氫離子的移動方向可知左側電極是陽極，右側電極是陰極，NO2-得到電子轉化為穩定的無毒氣體氮氣，所以NO2-從電解槽的d口進入。

②每生成標準狀況下11.2 L無毒氣體，氮氣的物質的量是0.5mol，轉移0.5mol×6＝3.0mol電子，根據電子得失守恒可知同時可再生3.0molCe4＋。