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【題目】鈰元素(Ce)是鑭系金屬中自然豐度最高的一種,常見價態(tài)有+3、+4,鈰的合金耐高溫,可以用來制造噴氣推進器零件。

(1)霧霾中含有大量的污染物NO,可以被Ce4+溶液吸收,生成NO2、NO3(二者物質的量之比為11),該反應氧化劑與還原劑的物質的量之比為___________。

(2)可采用電解法將上述吸收液中的NO2轉化為無毒物質,同時再生Ce4+,其原理如右圖所示。

Ce4+從電解槽的__________(填字母序號)口流出。

寫出陰極的電極反應式____________________________。每消耗1mol NO2,陰極區(qū)H+物質的量減少______mol。

(3)鈰元素在自然中主要以氟碳礦形式存在,主要化學成分為CeFCO3,工業(yè)上利用氟碳鈰礦提取CeCl3的一種工藝流程如下:

焙燒過程中發(fā)生的主要反應方程式為______________________。

酸浸過程中有同學認為用稀硫酸和H2O2替換鹽酸更好,他的理由是_________________。

Ce(BF4)3、KBF4的Ksp分別為a、b,則Ce(BF4)3(s) + 3KCl(aq)3KBF4(s) + CeCl3 (aq)平衡常數(shù)為______________________。

加熱CeCl3·6H2O和NH4Cl的固體混合物可得到無水CeCl3,其中NH4Cl的作用是______________________。

【答案】(1)2:1

(2) a 2NO2 - +8H++6e=N2↑+4H2O 14

(3)CeFCO3+ O23 CeO2+ CeF4+4CO2不釋放氯氣,減少對環(huán)境的污染

NH4Cl固體分解出HCl氣體,抑制CeCl3水解

【解析】(1)NO被Ce4+溶液氧化為NO2、NO3(二者物質的量之比為11),Ce4+被還原為Ce3+,該反應的離子方程式為4 Ce4++2NO+3H2O==4 Ce3+ +NO2+NO3+6H+,Ce4+為氧化劑,NO為還原劑,二者的物質的量之比為2:1。

(2)采用電解法將吸收液中的NO2轉化為無毒物質N2,發(fā)生還原反應,電極反應式為2NO2 - +8H++6e=N2↑+4H2O,Ce3+被氧化為Ce4+,電極反應式為Ce3+-e-=Ce4+。分析電解裝置知左側電極為電解池的陽極,電極反應式為Ce3+-e-=Ce4+,故Ce4+從電解槽的a口流出。右側電極為電解池的陰極,發(fā)生還原反應,電極反應式為2NO2 - +8H++6e=N2↑+4H2O ;根據(jù)電極反應式和電荷守恒知每消耗1mol NO2,陰極區(qū)H+物質的量減少1mol。

(3)焙燒過程中,CeFCO3和 O2反應生成CeO2、 CeF4和CO2,利用化合價升降法配平,反應方程式為4CeFCO3+ O23 CeO2+ CeF4+4CO2 。酸浸過程中,+4價Ce被還原為+3價,HCl被氧化生成有毒氣體氯氣,污染環(huán)境。用稀硫酸和H2O2替換鹽酸,H2O2的氧化產物為氧氣,不釋放氯氣,減少對環(huán)境的污染 。反應:Ce(BF4)3(s) + 3K+(aq)3KBF4(s) + Ce3+(aq)的平衡常數(shù)K=c(Ce3+)/c3(K+),Ce(BF4)3的Ksp= c(Ce3+) c3(BF4-)=a,KBF4的Ksp= c(K+) c(BF4-)=b,則Ce(BF4)3(s) + 3KCl(aq)3KBF4(s) + CeCl3 (aq)平衡常數(shù)K=Ksp[Ce(BF4)3]/ Ksp3(KBF4)=。加熱CeCl3·6H2O時,Ce3+水解,得不到無水CeCl3。加熱CeCl3·6H2O和NH4Cl的固體混合物時,其中NH4Cl固體分解出HCl氣體,抑制CeCl3水解。

練習冊系列答案
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t/min

2

4

7

9

n(Y)/mol

0.12

0.11

0.10

0.10

下列說法正確的是 ( )

A.反應前2 min 的平均速率 v(Z)=2.0×10-3mol·L-1·min-1

B.其他條件不變,降低溫度,反應達到新平衡前 v(逆)>v(正)

C.該溫度下此反應的平衡常數(shù) K=1.44

D.其他條件不變,再充入 0.2 mol Z,平衡時X的體積分數(shù)增大

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②由CH2=CH—CN制備腈綸的方程式為__________________________________

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A. 當A、B、C物質的量濃度之比為2:1:2時,反應即達到平衡狀態(tài)

B. 4s內用物質B表示的反應速率為0.075mol·L-1·s-1

C. 達平衡后若通入一定量氦氣,A的轉化率降低

D. 達平衡后若升高溫度,C的濃度將增大

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C.澄清的石灰水變渾濁
D.氫氧化鈉的表面發(fā)生潮解

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