Question

17．铈是一种重要的稀土金属元素，如图1是其重要化合物Ce（OH）₄的一种制备方法：
注：高铈是指溶液中Ce为+4价

（1）高铈硫酸盐溶液可用于吸收硝酸工厂废气中的NO（如图2），则该反应过程中氧化产物为NO₂^-、NO₃^-．
（2）已知硫酸铈钠中各离子的物质的量之比为1：1：2，则硫酸铈钠的化学式为NaCe（SO₄）₂．
（3）“还原”过程温度不能过高的原因是防止H₂O₂分解．
（4）写出加入氨水时发生反应的离子方程式Ce³⁺+3NH₃•H₂O=Ce（OH）₃↓+3NH₄⁺．
（5）“氧化”过程若用NaClO代替O₂，写出该反应的化学方程式2Ce（OH）₃+NaClO+H₂O=2Ce（OH）₄+NaCl．
（6）为测定Ce（OH）₄样品的纯度，现设计如下步骤：取上述样品2.68g用适量稀硫酸溶解后，加蒸馏水稀释至100ml．准确量取出20.00ml溶液于锥形瓶中，滴加2～3滴邻菲罗啉（指示剂），用0.1000mol•L^-1 FeSO₄标准溶液滴定至终点，并记录消耗FeSO₄标准溶液的体积．将上述步骤重复2～3次，记录消耗标准溶液的平均体积为25.00ml，则产品的纯度为0.97．

Answer 1

分析 铈矿石加入硫酸酸浸得到高铈硫酸盐，加入过氧化物稀硫酸还原高铈硫酸盐得到硫酸铈溶液，加入氨水生成Ce（OH）₃沉淀，通入氧气氧化得到Ce（OH）₄，高铈硫酸盐溶液可用于吸收硝酸工厂废气中的NO，Ce⁴⁺具有氧化性，NO具有还原性，Ce⁴⁺本身被还原为Ce³⁺，NO被氧化为NO₂^-、NO₃^-．
（1）NO中+2价的氮具有还原性，高铈硫酸盐中+4价的铈具有氧化性，两者发生氧化还原反应，根据流程图可知，铈被还原成+3价，氮被氧化成+3、+5价，据此分析解答；
（2）硫酸根离子为-2价，硫酸铈钠中，钠离子为+1价，铈离子为+3价，硫酸铈钠中各离子的物质的量之比为1：1：2，根据化合物中各元素的化合价等于零分析解答；
（3）过氧化氢还原高铈硫酸盐得到硫酸铈溶液，过氧化氢不稳定，易分解；
（4）加入氨水生成Ce（OH）₃沉淀；
（5）NaClO中+1价的氯具有强氧化性，Ce（OH）₃中+3价的铈被+1的氯氧化，根据得失电子守恒、原子守恒书写方程式；
（6）Fe²⁺将四价铈还原成Ce³⁺，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，根据电子转移守恒n[Ce（OH）₄]=n[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂]，进而计算产品纯度．

解答 解：（1）高铈是指溶液中Ce为+4价，+4价的铈具有氧化性，高铈硫酸盐溶液可用于吸收硝酸工厂废气中的NO，NO中+2价的氮具有还原性，两者发生氧化还原反应，根据流程图可知，铈被还原成+3价，氮被氧化成+3、+5价，氧化产物为NO₂^-、NO₃^-，
故答案为：NO₂^-、NO₃^-；
（2）离子化合物中，钠离子为+1价，硫酸根离子为-2价，高铈是指溶液中Ce为+4价，硫酸铈钠中，铈离子为+3价，硫酸铈钠中各离子的物质的量之比为1：1：2，根据化合物中各元素的化合价等于零可知：n（Na⁺）：n（Ce³⁺）：n（SO₄^2-）=1：1：2，则硫酸铈钠的化学式为：NaCe（SO₄）₂，
故答案为：NaCe（SO₄）₂；
（3）过氧化氢还原高铈硫酸盐得到硫酸铈溶液，“还原”过程温度过高，过氧化氢会分解放出氧气，
故答案为：防止H₂O₂分解；
（4）高铈硫酸盐加入过氧化氢、稀硫酸还原高铈硫酸盐得到硫酸铈溶液，加入氨水，发生反应：Ce³⁺+3NH₃•H₂O=Ce（OH）₃↓+3NH₄⁺，生成Ce（OH）₃沉淀，
故答案为：Ce³⁺+3NH₃•H₂O=Ce（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（5）NaClO与Ce（OH）₃反应生成Ce（OH）₄，Ce元素由+3价变为+4价，被氧化，NaClO应被还原生成NaCl，然后配平得出反应的化学方程式为：2Ce（OH）₃+NaClO+H₂O=2Ce（OH）₄+NaCl，
故答案为：2Ce（OH）₃+NaClO+H₂O=2Ce（OH）₄+NaCl；
（6）Fe²⁺将四价铈还原成Ce³⁺，Fe²⁺被氧化为Fe³⁺，根据电子转移守恒：n[Ce（OH）₄]=n[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂]=25×10^-3L×0.1mol•L^-1×$\frac{100ml}{20ml}$=1.25×10^-2mol，则m[Ce（OH）₄]=208g/mol×1.25×10^-2mol=2.6 g，则产品的纯度为$\frac{2.6g}{2.68g}$×100%≈0.97，
故答案为：0.97．

点评 本题考查了Ce（OH）₄的制备，为高考常见题型，侧重分析及实验能力的综合考查，注意把握物质的性质以及实验流程，题目难度中等．