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铈(Ce)是种重要的稀土元素。以富含CeO2的废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3...

(Ce)种重要的稀土元素。以富含CeO2的废玻璃粉末(SiO2Fe2O3以及其他少量可溶于稀酸的杂质)为原料,采用多种方法回收铈。请回答下列问题:

已知:CeO2不溶于稀盐酸,也不溶于NaOH溶液。

⑴滤渣的成分是________,反应②的离子方程式是________

⑵干法空气氧化法回收铈是把Ce(OH)3被空气氧化成Ce(OH)4,氧化过程中发生的化学反应方程式为________。两种制备Ce(OH)4的数据如下表:

干法空气氧化法

氧化温度

氧化率

氧化时间

暴露空气中

110120

90

18

在对流空气氧化炉中

110120

99

8

 

在对流空气氧化炉中大大缩短氧化时间的原因是________

⑶利用电解方法也可以实现铈的回收。

①在酸性条件下电解Ce2O3(如图):阳极电极反应式为________,离子交换膜为________(”)离子交换膜。

②电解产物Ce(SO4)2是重要的氧化剂,将其配成标准溶液,在酸性条件下能测定工业盐中NaNO2的含量,写出发生反应的离子方程式________

 

SiO2、CeO2 H2O2 + 6H+ + 2CeO2 = 2Ce3+ + O2↑+ 4H2O 4Ce(OH)3 + O2 + 2H2O = 4Ce(OH)4 空气对流能使氧气浓度增大,使氧化表面增大 Ce2O3 -2e- + 6H+ = 2Ce4+ + 3H2O 阳 2Ce4+ + NO2-+ H2O = 2Ce3++ 2H+ + NO3- 【解析】 废玻璃粉末(含SiO2、Fe2O3、CeO2以及其他少量可溶于稀酸的物质中加入稀盐酸,Fe2O3转化FeCl3存在于滤液中,滤渣为CeO2和SiO2;加入稀硫酸和H2O2,CeO2转化为Ce3+,滤渣为SiO2;加入碱和氧气后Ce3+转化为Ce(OH)4沉淀,Ce(OH)4分解为CeO2; ⑴由以上信息得知滤渣的成分,加入稀硫酸和H2O2,CeO2转化为Ce3+,写出反应②的离子方程式; ⑵氧化过程中Ce(OH)3被空气氧化成Ce(OH)4;空气对流能使氧气浓度增大,使氧化表面增大,缩短氧化时间; ⑶①阳极上Ce2O3失电子生成Ce4+,阴极上氢离子得电子,Ce4+透过离子交换膜进入阴极得到Ce(SO4)2;②Ce(SO4)2在酸性条件下被NaNO2还原为Ce3+。 ⑴由以上分析可知滤渣的成分是SiO2、CeO2,加入稀硫酸和H2O2,CeO2转化为Ce3+,反应②的离子方程式是H2O2 + 6H+ + 2CeO2 = 2Ce3+ + O2↑+ 4H2O; 故答案为:SiO2、CeO2;H2O2 + 6H+ + 2CeO2 = 2Ce3+ + O2↑+ 4H2O; ⑵氧化过程中Ce(OH)3被空气氧化成Ce(OH)4,发生的化学反应方程式为4Ce(OH)3 + O2 + 2H2O = 4Ce(OH)4;空气对流能使氧气浓度增大,使氧化表面增大,则对流空气使氧化炉中大大缩短氧化时间; 故答案为:4Ce(OH)3 + O2 + 2H2O = 4Ce(OH)4;空气对流能使氧气浓度增大,使氧化表面增大; ⑶①阳极上Ce2O3失电子生成Ce4+,电极反应式为Ce2O3 -2e- + 6H+ = 2Ce4+ + 3H2O,阴极上氢离子得电子,Ce4+透过离子交换膜进入阴极得到Ce(SO4)2,所以离子交换膜为阳离子交换膜为; 故答案为:Ce2O3 -2e- + 6H+ = 2Ce4+ + 3H2O;阳; ②Ce(SO4)2在酸性条件下被NaNO2还原为Ce3+,离子方程式为2Ce4+ + NO2-+ H2O = 2Ce3++ 2H+ + NO3-,故答案为:2Ce4+ + NO2-+ H2O = 2Ce3++ 2H+ + NO3-。
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