Question

2．鈰、鉻、鈦、鎳雖不是中學階段常見的金屬元素，但在工業生產中有著重要作用．
（1）二氧化鈰 （CeO₂）在平板電視顯示屏中有著重要應用．CeO₂在稀硫酸和H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，寫出該反應的化學方程式2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Cr³⁺+O₂↑+4H₂O ，CeO₂在該反應中作氧化劑．
（2）自然界中Cr主要以+3價和+6價存在，+6價的Cr能引起細胞的突變．現用亞硫酸鈉溶液與0.1mol K₂Cr₂O₇反應，將其+6價的Cr完全還原為+3價的鉻，則消耗1mol/L亞硫酸鈉溶液的體積為0.3L．
（3）鈦（Ti）被譽為“二十一世紀的金屬”，工業上在550℃時用鈉與四氯化鈦反應可制得鈦，該反應的化學方程式是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向濾液Ⅰ中加入FeS是為了除去Cu²⁺、Zn²⁺等雜質（已知溶解度FeS＞CuS）．請寫出除去Cu²⁺的離子方程式FeS+Cu²⁺=CuS+Fe²⁺．
②對濾液Ⅱ先加H₂O₂再調pH．加H₂O₂的目的是氧化Fe²⁺，調pH的目的是除去Fe³⁺．
③濾液Ⅲ溶質的主要成分是NiSO₄，加Na₂CO₃過濾后，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，利于蒸發結晶（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，在H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，因此發生還原反應，CeO₂在該反應中作氧化劑；
（2）自然界中Cr主要以+3價和+6價存在．+6價的Cr能引起細胞的突變，可以用亞硫酸鈉將其還原為+3價的鉻，根據得失電子相等，Cr₂O₇^2-與SO₃^2-的物質的量之比是1：3；結合原子守恒和電荷守恒配平書寫離子方程式，利用反應定量關系計算；
（3）工業上在550℃時用鈉與四氯化鈦反應可制得鈦，四氯化鈦被鈉還原為鈦，依據原子守恒書寫；
（4）電鍍廢渣（除鎳外，還含有銅、鋅、鐵等元素），過濾后在濾液中加入FeS，生成CuS、ZnS，可除去Cu²⁺、Zn²⁺等雜質，對濾液Ⅱ先加W，應為過氧化氫，可氧化Fe²⁺生成Fe³⁺，有利于水解生成氫氧化鐵沉淀而除去，過濾后在濾液中加入碳酸鈉，可生成NiCO₃，過濾后加入硫酸可生成NiSO₄，經蒸發、濃縮、冷卻結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，在H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，因此發生還原反應，CeO₂在該反應中作氧化劑，反應的離子方程式為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價和+6價存在．+6價的Cr能引起細胞的突變，可以用亞硫酸鈉將其還原為+3價的鉻，根據得失電子相等，Cr₂O₇^2-與SO₃^2-的物質的量之比是1：3；反應的離子方程式：Cr₂O₇^2-+3SO₃^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O，現用亞硫酸鈉溶液與0.1mol K₂Cr₂O₇反應，將其+6價的Cr完全還原為+3價的鉻，消耗亞硫酸鈉物質的量為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）工業上在550℃時用鈉與四氯化鈦反應可制得鈦，四氯化鈦被鈉還原為鈦，反應的化學方程式為：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），過濾后在濾液中加入FeS，生成CuS、ZnS，可除去Cu²⁺、Zn²⁺等雜質，對濾液Ⅱ先加W，應為過氧化氫，可氧化Fe²⁺生成Fe³⁺，有利于水解生成氫氧化鐵沉淀而除去，過濾后在濾液中加入碳酸鈉，可生成NiCO₃，過濾后加入硫酸可生成NiSO₄，經蒸發、濃縮、冷卻結晶可得到硫酸鎳晶體，
①FeS除去Cu²⁺的反應是沉淀的轉化，即FeS+Cu²⁺=CuS+Fe²⁺，
故答案為：FeS+Cu²⁺=CuS+Fe²⁺；
②對濾液Ⅱ加H₂O₂的目的是將Fe²⁺氧化Fe³⁺，然后調pH沉淀Fe³⁺，
故答案為：氧化Fe²⁺；除去Fe³⁺；
③NiSO₄與Na₂CO₃反應生成NiCO₃沉淀，而后過濾，再加適量稀硫酸溶解又生成NiSO₄，這樣可提高NiSO₄的濃度，有利于蒸發結晶，
故答案為：增大NiSO₄的濃度，利于蒸發結晶（或富集NiSO₄）．

點評 本題考查較為綜合，涉及氧化還原反應、鹽類的水解、物質的分離提純以及原電池知識，為高頻考點，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，為高頻考點和常見題型，題目難度中等，注意把握基礎知識的積累．