Question

【题目】铈元素（Ce）是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见价态有+3、+4，铈的合金耐高温，可以用来制造喷气推进器零件。

（1）雾霾中含有大量的污染物NO，可以被Ce4+溶液吸收，生成NO2－、NO3－（二者物质的量之比为1∶1），该反应氧化剂与还原剂的物质的量之比为___________。

（2）可采用电解法将上述吸收液中的NO2－转化为无毒物质，同时再生Ce4+，其原理如右图所示。

①Ce4+从电解槽的__________（填字母序号)口流出。

②写出阴极的电极反应式____________________________。每消耗1mol NO2－，阴极区H+物质的量减少______mol。

（3）铈元素在自然中主要以氟碳矿形式存在，主要化学成分为CeFCO3，工业上利用氟碳铈矿提取CeCl3的一种工艺流程如下：

①焙烧过程中发生的主要反应方程式为______________________。

②酸浸过程中有同学认为用稀硫酸和H2O2替换盐酸更好，他的理由是_________________。

③Ce(BF4)3、KBF4的Ksp分别为a、b，则Ce(BF4)3(s) + 3KCl(aq)3KBF4(s) + CeCl3 (aq)平衡常数为______________________。

④加热CeCl3·6H2O和NH4Cl的固体混合物可得到无水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不释放氯气，减少对环境的污染

④ NH4Cl固体分解出HCl气体，抑制CeCl3水解

【解析】（1）NO被Ce4+溶液氧化为NO2－、NO3－（二者物质的量之比为1∶1），Ce4+被还原为Ce3+，该反应的离子方程式为4 Ce4++2NO+3H2O==4 Ce3+ +NO2－+NO3－+6H+，Ce4+为氧化剂，NO为还原剂，二者的物质的量之比为2:1。

（2）采用电解法将吸收液中的NO2－转化为无毒物质N2，发生还原反应，电极反应式为2NO2 - +8H++6e—=N2↑+4H2O，Ce3+被氧化为Ce4+，电极反应式为Ce3+-e-=Ce4+。①分析电解装置知左侧电极为电解池的阳极，电极反应式为Ce3+-e-=Ce4+，故Ce4+从电解槽的a口流出。②右侧电极为电解池的阴极，发生还原反应，电极反应式为2NO2 - +8H++6e—=N2↑+4H2O ；根据电极反应式和电荷守恒知每消耗1mol NO2－，阴极区H+物质的量减少1mol。

（3）①焙烧过程中，CeFCO3和 O2反应生成CeO2、 CeF4和CO2，利用化合价升降法配平，反应方程式为4CeFCO3+ O23 CeO2+ CeF4+4CO2 。②酸浸过程中，+4价Ce被还原为+3价，HCl被氧化生成有毒气体氯气，污染环境。用稀硫酸和H2O2替换盐酸，H2O2的氧化产物为氧气，不释放氯气，减少对环境的污染 。③反应：Ce(BF4)3(s) + 3K+(aq)3KBF4(s) + Ce3+(aq)的平衡常数K=c(Ce3+)/c3(K+)，Ce(BF4)3的Ksp= c(Ce3+) c3(BF4-)=a，KBF4的Ksp= c(K+) c(BF4-)=b，则Ce(BF4)3(s) + 3KCl(aq)3KBF4(s) + CeCl3 (aq)平衡常数K=Ksp[Ce(BF4)3]/ Ksp3(KBF4)=。④加热CeCl3·6H2O时，Ce3+水解，得不到无水CeCl3。加热CeCl3·6H2O和NH4Cl的固体混合物时，其中NH4Cl固体分解出HCl气体，抑制CeCl3水解。