Question

【題目】鈰元素（Ce）是鑭系金屬中自然豐度最高的一種，常見價態有+3、+4，鈰的合金耐高溫，可以用來制造噴氣推進器零件。

（1）霧霾中含有大量的污染物NO，可以被Ce4+溶液吸收，生成NO2－、NO3－（二者物質的量之比為1∶1），該反應氧化劑與還原劑的物質的量之比為___________。

（2）可采用電解法將上述吸收液中的NO2－轉化為無毒物質，同時再生Ce4+，其原理如右圖所示。

①Ce4+從電解槽的__________（填字母序號)口流出。

②寫出陰極的電極反應式____________________________。每消耗1mol NO2－，陰極區H+物質的量減少______mol。

（3）鈰元素在自然中主要以氟碳礦形式存在，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方程式為______________________。

②酸浸過程中有同學認為用稀硫酸和H2O2替換鹽酸更好，他的理由是_________________。

③Ce(BF4)3、KBF4的Ksp分別為a、b，則Ce(BF4)3(s) + 3KCl(aq)3KBF4(s) + CeCl3 (aq)平衡常數為______________________。

④加熱CeCl3·6H2O和NH4Cl的固體混合物可得到無水CeCl3，其中NH4Cl的作用是______________________。

Answer 1

【答案】（1）2:1

（2）① a ② 2NO2 - +8H++6e—=N2↑+4H2O 14

（3）①CeFCO3+ O23 CeO2+ CeF4+4CO2②不釋放氯氣，減少對環境的污染

④ NH4Cl固體分解出HCl氣體，抑制CeCl3水解

【解析】（1）NO被Ce4+溶液氧化為NO2－、NO3－（二者物質的量之比為1∶1），Ce4+被還原為Ce3+，該反應的離子方程式為4 Ce4++2NO+3H2O==4 Ce3+ +NO2－+NO3－+6H+，Ce4+為氧化劑，NO為還原劑，二者的物質的量之比為2:1。

（2）采用電解法將吸收液中的NO2－轉化為無毒物質N2，發生還原反應，電極反應式為2NO2 - +8H++6e—=N2↑+4H2O，Ce3+被氧化為Ce4+，電極反應式為Ce3+-e-=Ce4+。①分析電解裝置知左側電極為電解池的陽極，電極反應式為Ce3+-e-=Ce4+，故Ce4+從電解槽的a口流出。②右側電極為電解池的陰極，發生還原反應，電極反應式為2NO2 - +8H++6e—=N2↑+4H2O ；根據電極反應式和電荷守恒知每消耗1mol NO2－，陰極區H+物質的量減少1mol。

（3）①焙燒過程中，CeFCO3和 O2反應生成CeO2、 CeF4和CO2，利用化合價升降法配平，反應方程式為4CeFCO3+ O23 CeO2+ CeF4+4CO2 。②酸浸過程中，+4價Ce被還原為+3價，HCl被氧化生成有毒氣體氯氣，污染環境。用稀硫酸和H2O2替換鹽酸，H2O2的氧化產物為氧氣，不釋放氯氣，減少對環境的污染 。③反應：Ce(BF4)3(s) + 3K+(aq)3KBF4(s) + Ce3+(aq)的平衡常數K=c(Ce3+)/c3(K+)，Ce(BF4)3的Ksp= c(Ce3+) c3(BF4-)=a，KBF4的Ksp= c(K+) c(BF4-)=b，則Ce(BF4)3(s) + 3KCl(aq)3KBF4(s) + CeCl3 (aq)平衡常數K=Ksp[Ce(BF4)3]/ Ksp3(KBF4)=。④加熱CeCl3·6H2O時，Ce3+水解，得不到無水CeCl3。加熱CeCl3·6H2O和NH4Cl的固體混合物時，其中NH4Cl固體分解出HCl氣體，抑制CeCl3水解。