Question

2．鈰、鉻、鈦、鎳雖不是中學(xué)階段常見(jiàn)的金屬元素，但在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要作用．
（1）二氧化鈰 （CeO₂）在平板電視顯示屏中有著重要應(yīng)用．CeO₂在稀硫酸和H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Cr³⁺+O₂↑+4H₂O ，CeO₂在該反應(yīng)中作氧化劑．
（2）自然界中Cr主要以+3價(jià)和+6價(jià)存在，+6價(jià)的Cr能引起細(xì)胞的突變．現(xiàn)用亞硫酸鈉溶液與0.1mol K₂Cr₂O₇反應(yīng)，將其+6價(jià)的Cr完全還原為+3價(jià)的鉻，則消耗1mol/L亞硫酸鈉溶液的體積為0.3L．
（3）鈦（Ti）被譽(yù)為“二十一世紀(jì)的金屬”，工業(yè)上在550℃時(shí)用鈉與四氯化鈦反應(yīng)可制得鈦，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是4Na+TiCl₄═Ti+4NaCl．
（4）NiSO₄•xH₂O是一種綠色易溶于水的晶體，廣泛用于鍍鎳、電池等，可由電鍍廢渣（除鎳外，還含有銅、鋅、鐵等元素）為原料獲得．操作步驟如下：

①向?yàn)V液Ⅰ中加入FeS是為了除去Cu²⁺、Zn²⁺等雜質(zhì)（已知溶解度FeS＞CuS）．請(qǐng)寫(xiě)出除去Cu²⁺的離子方程式FeS+Cu²⁺=CuS+Fe²⁺．
②對(duì)濾液Ⅱ先加H₂O₂再調(diào)pH．加H₂O₂的目的是氧化Fe²⁺，調(diào)pH的目的是除去Fe³⁺．
③濾液Ⅲ溶質(zhì)的主要成分是NiSO₄，加Na₂CO₃過(guò)濾后，再加適量稀硫酸溶解又生成NiSO₄，這兩步操作的目的是增大NiSO₄的濃度，利于蒸發(fā)結(jié)晶（或富集NiSO₄）．

Answer 1

分析 （1）CeO₂在稀硫酸和H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，CeO₂中的Ce是+4價(jià)，在H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，因此發(fā)生還原反應(yīng)，CeO₂在該反應(yīng)中作氧化劑；
（2）自然界中Cr主要以+3價(jià)和+6價(jià)存在．+6價(jià)的Cr能引起細(xì)胞的突變，可以用亞硫酸鈉將其還原為+3價(jià)的鉻，根據(jù)得失電子相等，Cr₂O₇^2-與SO₃^2-的物質(zhì)的量之比是1：3；結(jié)合原子守恒和電荷守恒配平書(shū)寫(xiě)離子方程式，利用反應(yīng)定量關(guān)系計(jì)算；
（3）工業(yè)上在550℃時(shí)用鈉與四氯化鈦反應(yīng)可制得鈦，四氯化鈦被鈉還原為鈦，依據(jù)原子守恒書(shū)寫(xiě)；
（4）電鍍廢渣（除鎳外，還含有銅、鋅、鐵等元素），過(guò)濾后在濾液中加入FeS，生成CuS、ZnS，可除去Cu²⁺、Zn²⁺等雜質(zhì)，對(duì)濾液Ⅱ先加W，應(yīng)為過(guò)氧化氫，可氧化Fe²⁺生成Fe³⁺，有利于水解生成氫氧化鐵沉淀而除去，過(guò)濾后在濾液中加入碳酸鈉，可生成NiCO₃，過(guò)濾后加入硫酸可生成NiSO₄，經(jīng)蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶可得到硫酸鎳晶體，以此解答．

解答 解：（1）CeO₂在稀硫酸和H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，CeO₂中的Ce是+4價(jià)，在H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，因此發(fā)生還原反應(yīng)，CeO₂在該反應(yīng)中作氧化劑，反應(yīng)的離子方程式為2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Cr³⁺+O₂↑+4H₂O，
故答案為：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Cr³⁺+O₂↑+4H₂O；氧化；
（2）自然界中Cr主要以+3價(jià)和+6價(jià)存在．+6價(jià)的Cr能引起細(xì)胞的突變，可以用亞硫酸鈉將其還原為+3價(jià)的鉻，根據(jù)得失電子相等，Cr₂O₇^2-與SO₃^2-的物質(zhì)的量之比是1：3；反應(yīng)的離子方程式：Cr₂O₇^2-+3SO₃^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O，現(xiàn)用亞硫酸鈉溶液與0.1mol K₂Cr₂O₇反應(yīng)，將其+6價(jià)的Cr完全還原為+3價(jià)的鉻，消耗亞硫酸鈉物質(zhì)的量為0.3mol，則消耗1mol/L亞硫酸鈉溶液的體積=$\frac{0.3mol}{1mol/L}$=0.3L，
故答案為：0.3；
（3）工業(yè)上在550℃時(shí)用鈉與四氯化鈦反應(yīng)可制得鈦，四氯化鈦被鈉還原為鈦，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4Na+TiCl₄═Ti+4NaCl，
故答案為：4Na+TiCl₄═Ti+4NaCl；
（4）電鍍廢渣（除鎳外，還含有銅、鋅、鐵等元素），過(guò)濾后在濾液中加入FeS，生成CuS、ZnS，可除去Cu²⁺、Zn²⁺等雜質(zhì)，對(duì)濾液Ⅱ先加W，應(yīng)為過(guò)氧化氫，可氧化Fe²⁺生成Fe³⁺，有利于水解生成氫氧化鐵沉淀而除去，過(guò)濾后在濾液中加入碳酸鈉，可生成NiCO₃，過(guò)濾后加入硫酸可生成NiSO₄，經(jīng)蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶可得到硫酸鎳晶體，
①FeS除去Cu²⁺的反應(yīng)是沉淀的轉(zhuǎn)化，即FeS+Cu²⁺=CuS+Fe²⁺，
故答案為：FeS+Cu²⁺=CuS+Fe²⁺；
②對(duì)濾液Ⅱ加H₂O₂的目的是將Fe²⁺氧化Fe³⁺，然后調(diào)pH沉淀Fe³⁺，
故答案為：氧化Fe²⁺；除去Fe³⁺；
③NiSO₄與Na₂CO₃反應(yīng)生成NiCO₃沉淀，而后過(guò)濾，再加適量稀硫酸溶解又生成NiSO₄，這樣可提高NiSO₄的濃度，有利于蒸發(fā)結(jié)晶，
故答案為：增大NiSO₄的濃度，利于蒸發(fā)結(jié)晶（或富集NiSO₄）．

點(diǎn)評(píng) 本題考查較為綜合，涉及氧化還原反應(yīng)、鹽類(lèi)的水解、物質(zhì)的分離提純以及原電池知識(shí)，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾椋瑸楦哳l考點(diǎn)和常見(jiàn)題型，題目難度中等，注意把握基礎(chǔ)知識(shí)的積累．