Question

17．鈰是一種重要的稀土金屬元素，如圖1是其重要化合物Ce（OH）₄的一種制備方法：
注：高鈰是指溶液中Ce為+4價(jià)

（1）高鈰硫酸鹽溶液可用于吸收硝酸工廠廢氣中的NO（如圖2），則該反應(yīng)過(guò)程中氧化產(chǎn)物為NO₂^-、NO₃^-．
（2）已知硫酸鈰鈉中各離子的物質(zhì)的量之比為1：1：2，則硫酸鈰鈉的化學(xué)式為NaCe（SO₄）₂．
（3）“還原”過(guò)程溫度不能過(guò)高的原因是防止H₂O₂分解．
（4）寫(xiě)出加入氨水時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式Ce³⁺+3NH₃•H₂O=Ce（OH）₃↓+3NH₄⁺．
（5）“氧化”過(guò)程若用NaClO代替O₂，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2Ce（OH）₃+NaClO+H₂O=2Ce（OH）₄+NaCl．
（6）為測(cè)定Ce（OH）₄樣品的純度，現(xiàn)設(shè)計(jì)如下步驟：取上述樣品2.68g用適量稀硫酸溶解后，加蒸餾水稀釋至100ml．準(zhǔn)確量取出20.00ml溶液于錐形瓶中，滴加2～3滴鄰菲羅啉（指示劑），用0.1000mol•L^-1 FeSO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，并記錄消耗FeSO₄標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積．將上述步驟重復(fù)2～3次，記錄消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均體積為25.00ml，則產(chǎn)品的純度為0.97．

Answer 1

分析 鈰礦石加入硫酸酸浸得到高鈰硫酸鹽，加入過(guò)氧化物稀硫酸還原高鈰硫酸鹽得到硫酸鈰溶液，加入氨水生成Ce（OH）₃沉淀，通入氧氣氧化得到Ce（OH）₄，高鈰硫酸鹽溶液可用于吸收硝酸工廠廢氣中的NO，Ce⁴⁺具有氧化性，NO具有還原性，Ce⁴⁺本身被還原為Ce³⁺，NO被氧化為NO₂^-、NO₃^-．
（1）NO中+2價(jià)的氮具有還原性，高鈰硫酸鹽中+4價(jià)的鈰具有氧化性，兩者發(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)流程圖可知，鈰被還原成+3價(jià)，氮被氧化成+3、+5價(jià)，據(jù)此分析解答；
（2）硫酸根離子為-2價(jià)，硫酸鈰鈉中，鈉離子為+1價(jià)，鈰離子為+3價(jià)，硫酸鈰鈉中各離子的物質(zhì)的量之比為1：1：2，根據(jù)化合物中各元素的化合價(jià)等于零分析解答；
（3）過(guò)氧化氫還原高鈰硫酸鹽得到硫酸鈰溶液，過(guò)氧化氫不穩(wěn)定，易分解；
（4）加入氨水生成Ce（OH）₃沉淀；
（5）NaClO中+1價(jià)的氯具有強(qiáng)氧化性，Ce（OH）₃中+3價(jià)的鈰被+1的氯氧化，根據(jù)得失電子守恒、原子守恒書(shū)寫(xiě)方程式；
（6）Fe²⁺將四價(jià)鈰還原成Ce³⁺，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，根據(jù)電子轉(zhuǎn)移守恒n[Ce（OH）₄]=n[（NH₄）₂Fe（SO₄）₂]，進(jìn)而計(jì)算產(chǎn)品純度．

解答 解：（1）高鈰是指溶液中Ce為+4價(jià)，+4價(jià)的鈰具有氧化性，高鈰硫酸鹽溶液可用于吸收硝酸工廠廢氣中的NO，NO中+2價(jià)的氮具有還原性，兩者發(fā)生氧化還原反應(yīng)，根據(jù)流程圖可知，鈰被還原成+3價(jià)，氮被氧化成+3、+5價(jià)，氧化產(chǎn)物為NO₂^-、NO₃^-，
故答案為：NO₂^-、NO₃^-；
（2）離子化合物中，鈉離子為+1價(jià)，硫酸根離子為-2價(jià)，高鈰是指溶液中Ce為+4價(jià)，硫酸鈰鈉中，鈰離子為+3價(jià)，硫酸鈰鈉中各離子的物質(zhì)的量之比為1：1：2，根據(jù)化合物中各元素的化合價(jià)等于零可知：n（Na⁺）：n（Ce³⁺）：n（SO₄^2-）=1：1：2，則硫酸鈰鈉的化學(xué)式為：NaCe（SO₄）₂，
故答案為：NaCe（SO₄）₂；
（3）過(guò)氧化氫還原高鈰硫酸鹽得到硫酸鈰溶液，“還原”過(guò)程溫度過(guò)高，過(guò)氧化氫會(huì)分解放出氧氣，
故答案為：防止H₂O₂分解；
（4）高鈰硫酸鹽加入過(guò)氧化氫、稀硫酸還原高鈰硫酸鹽得到硫酸鈰溶液，加入氨水，發(fā)生反應(yīng)：Ce³⁺+3NH₃•H₂O=Ce（OH）₃↓+3NH₄⁺，生成Ce（OH）₃沉淀，
故答案為：Ce³⁺+3NH₃•H₂O=Ce（OH）₃↓+3NH₄⁺；
（5）NaClO與Ce（OH）₃反應(yīng)生成Ce（OH）₄，Ce元素由+3價(jià)變?yōu)?4價(jià)，被氧化，NaClO應(yīng)被還原生成NaCl，然后配平得出反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Ce（OH）₃+NaClO+H₂O=2Ce（OH）₄+NaCl，
故答案為：2Ce（OH）₃+NaClO+H₂O=2Ce（OH）₄+NaCl；
（6）Fe²⁺將四價(jià)鈰還原成Ce³⁺，F(xiàn)e²⁺被氧化為Fe³⁺，根據(jù)電子轉(zhuǎn)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，則m[Ce（OH）₄]=208g/mol×1.25×10^-2mol=2.6 g，則產(chǎn)品的純度為$\frac{2.6g}{2.68g}$×100%≈0.97，
故答案為：0.97．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了Ce（OH）₄的制備，為高考常見(jiàn)題型，側(cè)重分析及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木C合考查，注意把握物質(zhì)的性質(zhì)以及實(shí)驗(yàn)流程，題目難度中等．