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【题目】元素铈(Ce)是一种重要的稀土元素。

(1) 工业上用氟碳铈矿(主要成分为CeFCO3)制备CeO2。焙烧过程中发生的主要反应的化学方程式为________

(2) 已知CeCl3·7H2O在空气中易被氧化成四价铈,反应如下:

CeCl3·7H2O(s)=CeCl3(s)7H2O(g)ΔH1a kJ·mol1

4CeCl3(s)O2(g)14H2O(g)=4Ce(OH)4(s)12HCl(g)ΔH2b kJ·mol1

Ce(OH)4(s)=CeO2(s)2H2O(g)ΔH3c kJ·mol1

4CeCl3·7H2O(s)O2(g)=4CeO2(s)12HCl(g)22H2O(g)ΔH________

(3) CeO2是汽车尾气净化催化剂中最重要的助剂,工作原理如图1所示。写出过程1发生反应的化学方程式:________________________________

(4) 已知Ce(OH)4极易分解,用如图2所示装置电解CeCl3溶液在阴极区制得CeO2。电解过程中反应体系的pH随时间t的变化曲线如图3所示。

①电解进行1h内溶液的pH迅速下降,可能原因是________

②请解释生成CeO2的原理:________

(5) 常温下,当溶液中某离子浓度≤1.0×105时,可认为该离子沉淀完全。用Na2C2O4溶液对电解后的废液处理得到Ce2(C2O4)3固体,则应保持溶液中c(C2O42)约为________(已知25 ℃时,Ksp[Ce2(C2O4)3]1.0×1025)

【答案】4CeFCO34NaHCO3O2 4NaF4CeO28CO22H2O (4ab4c) kJ·mol1 xCOCeO2=CeO(2x)xCO2 产生的Cl2发生反应Cl2H2OHClHClO。由于生成了HCl,使反应体系的pH迅速下降 阳极电解产生的Cl2Ce3氧化成Ce4。同时与阴极电解产生OH离子反应生成Ce(OH)4,然后再分解生成CeO2[或者Ce3与阴极电解产生的OH反应生成Ce(OH)3Ce(OH)3再被阳极电解产生的Cl2氧化成Ce(OH)4,然后再分解生成CeO2] 1.0×105 mol·L1

【解析】

(1)焙烧过程中,CeFCO3和加入的NaHCO3反应转化生成CeO2和二氧化碳,焙烧过程O2参加反应,根据物料守恒和得失电子守恒写出主要反应的方程式;

(2)利用盖斯定律,分析计算目标反应焓变;

(3)过程1中,CeO2和一氧化碳反应生成二氧化碳CeO(2-x),据此书写方程式;

(4)根据电解过程中阴阳极电极上的产物分析;

(5)利用溶度积常数计算公式进行计算。

(1)焙烧过程中,CeFCO3和加入的NaHCO3反应转化生成CeO2和二氧化碳,焙烧过程O2参加反应,根据物料守恒和得失电子守恒,主要反应的方程式为:4CeFCO34NaHCO3O2 4NaF4CeO28CO22H2O

(2)已知:①CeCl3·7H2O(s)=CeCl3(s)7H2O(g)ΔH1a kJ·mol1

4CeCl3(s)O2(g)14H2O(g)=4Ce(OH)4(s)12HCl(g)ΔH2b kJ·mol1

Ce(OH)4(s)=CeO2(s)2H2O(g)ΔH3c kJ·mol1

则根据盖斯定律:①×4++×4,可得4CeCl3·7H2O(s)O2(g)=4CeO2(s)12HCl(g)22H2O(g)ΔH(4ab4c) kJ·mol1

(3)根据图1所示,过程1CeO2和一氧化碳反应生成二氧化碳CeO(2-x),根据物料守恒,化学反应方程式为:xCOCeO2=CeO(2x)xCO2

(4) ①如图2所示装置,电解CeCl3溶液,阳极上电解质溶液中氯离子失电子发生氧化反应,电极反应式为:2Cl--2e-=Cl2,产生的Cl2与电解液中的水反应生成盐酸和次氯酸,反应方程式为:Cl2+H2OHCl+HClO,使电解质溶液酸性增强,pH减小;

②电解CeCl3溶液在阴极区制得CeO2,电解过程中,Ce的化合价升高,被氧化,结合(4)中分析,阳极电解产生的Cl2Ce3氧化成Ce4。同时与阴极电解产生OH离子反应生成Ce(OH)4,结合已知信息,Ce(OH)4极易分解,生成CeO2[或者Ce3与阴极电解产生的OH反应生成Ce(OH)3Ce(OH)3再被阳极电解产生的Cl2氧化成Ce(OH)4,然后再分解生成CeO2]

(5) 当溶液中某离子浓度≤1.0×105时,可认为该离子沉淀完全,则Ce3完全沉淀时,溶液中c(Ce3)= 1.0×105mol/LKsp[Ce2(C2O4)3]c2(Ce3) c3(C2O42)=1.0×1025,则c(C2O42)== 1.0×105 mol·L1

练习册系列答案
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B.时,Y的浓度是X浓度的

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Ⅰ.1)在0~60 s内,以N2O4表示的平均反应速率为____mol·L-1·s-1

2)反应进行到100s时,若只有一项条件发生变化,则变化的条件可能是____

A.降低温度 B.通入氦气

C.又往容器中充入N2O4 D.增大容器容积

3)已知: N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) ΔH=+67.2kJ·mol-1N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) ΔH=-534.7kJ·mol-1N2O4(g)=2NO2(g) ΔH=+57.0kJ·mol-1,则2N2H4(g)+N2O4(g)=3N2(g)+4H2O(g) ΔH=____kJ·mol-1

Ⅱ.向容积为2 L的密闭容器中通入一定量的COH2O,发生反应:CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)

4)保持其他条件不变:

若向平衡体系中再通入0.20molH2O(g),平衡将___(向右向左”)移动,达到新的平衡状态后,H2O(g)的体积分数将____(“变大变小不变”)

VL密闭容器中通入10molCO10molH2O(g)发生上述反应,在T℃达到平衡,然后急速除去水蒸气(除水蒸气时其他各成分的物质的量不变),将混合气体燃烧,测得放出的热量为2842kJ(已知CO的燃烧热为283kJ·mol-1H2的燃烧热为286kJ·mol-1),则T℃平衡常数K=____。(精确到小数点后两位)

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容器

SO2(mol)

O2(mol)

N2(mol)

Q(kJ)

2

1

0

Q1

1

0.5

0

Q2

1

0.5

1

Q3

根据以上数据,下列叙述不正确的是:

A. Q1<197

B. 在上述条件下,反应生成1molS03气体放热98.5kJ

C. Q2=Q3

D. Q3<Q1<2Q2

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温度/℃

25

80

230

平衡常数

5×104

2

1.9×105

下列说法正确的是(  )

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