Question

【題目】鑭系金屬元素鈰(Ce)常見有＋3、＋4兩種價態(tài)，鈰的合金耐高溫，可以用來制造噴氣推進器零件。鈰元素在自然界中主要以氟碳鈰礦形式存在，其主要化學(xué)成分為CeFCO3。工業(yè)上利用氟碳鈰礦提取CeCl3的一種工藝流程如下：

(1)為了提高焙燒效率可以采取的措施有______________。(回答兩條即可)

(2)假設(shè)參與酸浸反應(yīng)的CeO2和CeF4的物質(zhì)的量之比為3∶1，試寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式： ______。有同學(xué)認(rèn)為酸浸過程中用稀硫酸和H2O2替換鹽酸更好，其理由是：___________。

(3)常溫下，當(dāng)溶液中的某離子濃度≤1.0×10－5 mol·L－1時，可認(rèn)為該離子沉淀完全。據(jù)此，在生成Ce(OH)3的反應(yīng)中，加入NaOH溶液至pH至少達(dá)到________時，即可視為Ce3＋已完全沉淀。{Ksp[Ce(OH)3]＝1.0×10－20}。

(4)向Ce(BF4)3中加入KCl溶液，該反應(yīng)能發(fā)生的原因是____________________。

(5)霧霾中含有的污染物NO可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO2-、NO3-，用電解的方法可將上述吸收液中的NO2-轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無毒氣體，同時將Ce3＋再生為Ce4＋，其原理如圖所示。

①NO2-從電解槽的________(填字母序號)口進入。

②每生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2 L無毒氣體，同時可再生Ce4＋________ mol。

Answer 1

【答案】粉碎、逆流、增大空氣量 9CeO2＋3CeF4＋45HCl＋3H3BO3=Ce(BF4)3↓＋11CeCl3＋6Cl2↑＋27H2O 不釋放氯氣，減少對環(huán)境的污染 9 KBF4的溶解性比Ce(BF4)3 的溶解性更小 d 3

【解析】

利用氟碳鈰礦（主要成分CeFCO3）提取CeCl3的一種工藝流程為，CeFCO3焙燒得CeO2、CeF4，用鹽酸和硼酸酸浸，過濾得沉淀Ce(BF)4和CeCl3濾液，Ce(BF)4與氯化鉀溶液反應(yīng)得到CeCl3和KBF4，CeCl3與前面濾液中CeCl3的合并再加氫氧化鈉，得Ce(OH)3沉淀，Ce(OH)3沉淀與鹽酸反應(yīng)可得CeCl36H2O，加熱CeCl36H2O和NH4Cl的固體混合物可得到無水CeCl3；據(jù)此解答。

(1)根據(jù)外界條件對反應(yīng)速率的影響可知為了提高焙燒效率可以采取的措施有粉碎、逆流、增大空氣量等。

(2)假設(shè)參與酸浸反應(yīng)的CeO2和CeF4的物質(zhì)的量之比為3∶1，根據(jù)流程可知反應(yīng)物還有HCl、H3BO3，生成物有Ce(BF4)3沉淀、CeCl3，根據(jù)化合價的變化，因元素Ce由+4價變?yōu)?3價，化合價降低，由氧化還原反應(yīng)原理可知，應(yīng)有元素化合價升高，則應(yīng)有Cl2生成，結(jié)合原子守恒可知相應(yīng)的化學(xué)方程式為9CeO2＋3CeF4＋45HCl＋3H3BO3=Ce(BF4)3↓＋11CeCl3＋6Cl2↑＋27H2O。由于有氯氣生成，會污染空氣，所以酸浸過程中用稀硫酸和H2O2替換鹽酸更好的理由是不釋放氯氣，減少對環(huán)境的污染。

(3)常溫下，當(dāng)溶液中的某離子濃度≤1.0×10－5 mol·L－1時，可認(rèn)為該離子沉淀完全。根據(jù)Ksp[Ce(OH)3]＝1.0×10－20可知溶液中氫氧根濃度是＝10－5mol/L，因此在生成Ce(OH)3的反應(yīng)中，加入NaOH溶液至pH至少達(dá)到9時，即可視為Ce3＋已完全沉淀。

(4)由于KBF4的溶解性比Ce(BF4)3的溶解性更小，因此向Ce(BF4)3中加入KCl溶液，該反應(yīng)能發(fā)生。

(5)①根據(jù)氫離子的移動方向可知左側(cè)電極是陽極，右側(cè)電極是陰極，NO2-得到電子轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無毒氣體氮氣，所以NO2-從電解槽的d口進入。

②每生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2 L無毒氣體，氮氣的物質(zhì)的量是0.5mol，轉(zhuǎn)移0.5mol×6＝3.0mol電子，根據(jù)電子得失守恒可知同時可再生3.0molCe4＋。