Question

【题目】镧系金属元素鈰（Ce）常见有+3、+4两种价态，鈰的合金耐高温，可以用来制造喷气推进器零件。请回答下列问题：

（1）雾霾中含有的污染物NO可以被含Ce4+的溶液吸收，生成物质的量之比为1∶1，试写出该反应的离子方程式______________________________________________。

（2）用电解的方法可将上述吸收液中的转化为稳定的无毒气体，同时再生Ce4+，其原理如图所示。

①无毒气体从电解槽的___________（填字母序号）口逸出。

②每生成标准状况下22.4 L无毒气体，同时可再生Ce4+_____________mol。

（3）鈰元素在自然界中主要以氟碳鈰矿形式存在，其主要化学成分为CeFCO3。工业上利用氟碳鈰矿提取CeCl3的一种工艺流程如下：

①焙烧过程中发生的主要反应的氧化剂和还原剂的物质的量之比为______________。

②假设参与酸浸反应的CeO2和CeF4的物质的量之比为3∶1，试写出相应的化学方程式________________________________________。

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

④常温下，当溶液中的某离子浓度时，可认为该离子沉淀完全。据此，在生成Ce(OH)3的反应中，加入NaOH溶液至pH至少达到____________时，即可视为Ce3 +已完全沉淀。

⑤加热CeCl3·6H2O和NH4Cl的固体混合物可得固体无水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形式沉淀而损失（或将Ce3+全部转化为CeCl3，提高产率）9NH4Cl固体分解产生的HCl可抑制CeCl3的水解

【解析】

（1）雾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-物质的量之比为1：1，反应的方程式为3H2O+2NO+4Ce4+=4Ce3++NO2-+NO3-+6H＋；（2）①电解池中阳极失去电子，则Ce3+在阳极失去电子转化为Ce4+，因此Ce4+从电解槽的a口流出，阴极是NO2-得到电子转化为氮气，则无毒气体从电解槽的c口逸出；②阳极电极反应式为Ce3+-e—=Ce4+，，阴极的电极反应式为2NO2-+8H++6e—=N2↑+4H2O。每生成标准状况下22.4 L无毒气体，同时可再生Ce4+6mol；（3）①根据流程图可知焙烧过程中CeFCO3与氧气反应生成CeO2、CeF4、CO2，反应方程式为4CeFCO3+ O23CeO2+ CeF4+4CO2，其中氧化剂O2和还原剂CeFCO3的物质的量之比为1∶4；②假设参与酸浸反应的CeO2和CeF4的物质的量之比为3∶1，根据流程可知反应物还有HCl、H3BO3，生成物有Ce(Br4)3沉淀、CeCl3，根据化合价的变化，因元素Ce由+4价变为+3价，化合价降低，由氧化还原反应原理可知，应有元素化合价升高，则应有Cl2生成，结合质量守恒，则反应的化学方程式为9CeO2 + 3CeF4 + 45HCl + 3H3BO3 = Ce(Br4)3↓+ 11CeCl3 + 6Cl2↑+ 27H2O；③避免Ce3+以Ce(BF4)3形式沉淀而损失或将Ce3+全部转化为CeCl3，提高产率，故向Ce(BF4)3中加入KCl溶液；④常温下，当溶液中c(Ce3 +)时，，则c，即pH=9，据此，在生成Ce(OH)3的反应中，加入NaOH溶液至pH至少达到9时，即可视为Ce3 +已完全沉淀；⑤加热CeCl3·6H2O和NH4Cl的固体混合物可得固体无水CeCl3，其中NH4Cl的作用是NH4Cl固体分解产生的HCl可抑制CeCl3的水解。