Question

镧系金属元素铈(Ce)常见有＋3、＋4两种价态,铈的合金耐高温,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Ce^4＋的溶液吸收,生成NO₂^－、NO₃^－ 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NO₂^- 转化为稳定的无毒气体，同时生成Ce^4＋，其原理如下图所示。

①无毒气体从电解槽的_______(填字母代号)口逸出。

②每生成1mol无毒气体,同时可再生Ce^4＋ ______mol

(3)铈元素在自然界中主要以氟碳铈矿的形式存在，其主要化学成分为 CeFCO₃。工业上利用氟碳铈矿提取CeCl₃的一种工艺流程如下图所示

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

③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

4Ce4＋＋2NO＋3H2O＝4Ce3＋＋NO＋NO＋6H＋ c 6 1:4 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) NH4Cl固体分解产生的HCl可抑制CeCl3的水解

【解析】

（1）NO可以被含Ce4+的溶液吸收，生成NO2-、NO3-，反应过程中N化合价升高，Ce化合价则降低，氧化剂为Ce4+，还原剂为NO；
（2）①采用电解法将NO2-转化为无毒物质，同时再生Ce4+，过程中Ce化合价升高，为失电子反应，电解池中阳极处的反应为失电子反应；
②电解池阴极发生的反应为物质得到电子，发生还原反应，根据装置图，H+到阴极参加反应，电解将NO2-转化为无毒物质，可判断为N2，据此写出电极反应；
（3）①焙烧过程中，CeFCO3转化生成CeO2和CeF4，焙烧过程O2参加反应，据此写出主要反应的方程式；
②向Ce（BF4）3中加入KCl溶液生成CeCl3和KBF，防止生成Ce（BF4）3沉淀；

③加热CeCl3•6H2O和NH4Cl的固体混合物可得固体无水CeCl3，考虑到Ce是镧系重金属，重金属离子会水解，NH4Cl的作用是调控溶液为酸性，抑制CeCl3的水解。

（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，，反应的离子方程式为4Ce4＋＋2NO＋3H2O＝4Ce3＋＋NO2－＋NO3－＋6H＋。

因此，本题正确答案是：4Ce4＋＋2NO＋3H2O＝4Ce3＋＋NO2－＋NO3－＋6H＋；

（2）①电解池中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N2，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＋，阴极电极反应式为：2NO2－+8H++6e-=N2↑+4H2O，每生成1mol无毒气体，同时可再生6mol Ce4＋。

因此，本题正确答案是：c ；6；

（3）①根据流程图可知焙烧过程中CeFCO3与氧气反应生成CeO2、CeF4和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。

③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。

因此，本题正确答案是：1:4；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) ；NH4Cl固体分解产生的HCl可抑制CeCl3的水解。