Question

【題目】鈰（Ce)是一種重要的稀土元素。以富含CeO2的廢玻璃粉末（含SiO2、 Fe2O3以及其他少量可溶于稀酸的雜質）為原料，采用多種方法回收鈰。請回答下列問題：

(1)濕法空氣氧化法回收鈰的部分流程如下：

已知：CeO2不溶于稀鹽酸，也不溶于NaOH溶液。

濾渣的成分是________，反應②的離子方程式是________。

(2)干法空氣氧化法回收鈰是把Ce(OH)3被空氣氧化成Ce(OH)4，氧化過程中發生的化學反應方程式為________。兩種制備Ge(OH)4的數據如下表：

干法空氣氧化法	氧化溫度/℃	氧化率/%	氧化時間/h
暴露空氣中	110120	90	18
在對流空氣氧化爐中	110120	99	8

在對流空氣氧化爐中大大縮短氧化時間的原因是________。

(3)利用電解方法也可以實現鈰的回收。

①在酸性條件下電解Ce2O3 (如圖）：陽極電極反應式為______，離子交換膜為______ (填“陰”或“陽”）離子交換膜。

②電解產物Ce(SO4)2是重要的氧化劑，將其配成標準溶液，在酸性條件下能測定工業鹽中NaNO2的含量，寫出發生反應的離子方程式_______。

Answer 1

【答案】CeO2、SiO2 2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O 4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4 空氣對流能使氧氣濃度增大；使氧化表面增大 Ce2O3－2e－++6H+=2Ce4++3H2O 陽 Ce4++NO2-+H2O=2Ce3++NO3-+2H+

【解析】

分析流程圖中每一步發生的反應，可知濾渣、濾液的成分；根據影響化學反應速率的因素，分析反應速率問題；由化合價的升降變化判斷電極產物，寫出電極反應式；據物質性質分析氧化還原反應產物，寫出反應方程式。

(1)流程中的“濾渣”是玻璃粉末中加稀鹽酸過濾所得，必為不溶于稀鹽酸的CeO2、SiO2。“濾渣”中加入稀鹽酸、H2O2后，過濾所得濾液中含Ce3+，故此時CeO2發生化學反應而溶解，CeO2被還原為Ce3+，則H2O2被氧化為O2，反應②的離子方程式為2CeO2+H2O2+6H+=2Ce3++O2↑+4H2O。

(2)干法空氣氧化法回收鈰，Ce(OH)3被空氣中氧氣氧化成Ce(OH)4，反應的化學方程式為4Ce(OH)3+O2+2H2O=4Ce(OH)4。與“暴露空氣中”相比，“在對流空氣氧化爐中”氧氣能維持較大濃度，發生氧化反應的表面增大，化學反應較快，使氧化時間縮短。

(3)①電解池中，陽極發生失電子的反應（氧化反應）。圖中電解裝置的陽極為Ce2O3，溶液為Ce(SO4)2、H2SO4的混合溶液，故為Ce2O3（Ce +3價）失電子生成Ce(SO4)2（Ce +4價），陽極電極反應式為Ce2O3－2e－++6H+=2Ce4++3H2O。圖中陽極產物Ce4+在陰極排出，則電解池中為陽離子交換膜。

②Ce(SO4)2是重要的氧化劑，則NaNO2被其氧化為NaNO3，酸性條件下它們發生反應的離子方程式為2Ce4++NO2-+H2O=2Ce3++NO3-+2H+。