Question

10．铈、铬、钛、镍虽不是中学阶段常见的金属元素，但在工业生产中有着重要作用．
（1）二氧化铈 （CeO₂）在平板电视显示屏中有着重要应用．CeO₂在稀硫酸和H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，CeO₂在该反应中作氧化剂．
（2）自然界Cr主要以+3价和+6价存在．+6价的Cr能引起细胞的突变，可以用亚硫酸钠将其还原为+3价的铬．完成并配平下列离子方程式：
1Cr₂O₇^2-+3SO₃^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O
（3）钛（Ti）被誉为“二十一世纪的金属”，工业上在550℃时用钠与四氯化钛反应可制得钛，该反应的化学方程式是4Na+TiCl₄$\frac{\underline{\;550℃\;}}{\;}$Ti+4NaCl．
（4）NiSO₄•xH₂O是一种绿色易溶于水的晶体，广泛用于镀镍、电池等，可由电镀废渣（除镍外，还含有铜、锌、铁等元素）为原料获得．操作步骤如下：

①向滤液Ⅰ中加入FeS是为了除去Cu²⁺、Zn²⁺等杂质，除去Cu²⁺的离子方程式为FeS+Cu²⁺=CuS+Fe²⁺．
②对滤液Ⅱ先加H₂O₂再调pH，调pH的目的是除去Fe³⁺．
③滤液Ⅲ溶质的主要成分是NiSO₄，加Na₂CO₃过滤后，再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO₄，这两步操作的目的是增大NiSO₄的浓度，利于蒸发结晶（或富集NiSO₄）．
④为测定NiSO₄•xH₂O晶体中x的值，称取26.3g晶体加热至完全失去结晶水，剩余固体15.5g，列式计算x的值等于6．

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价，在H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，因此发生还原反应，CeO₂在该反应中作氧化剂；
（2）自然界中Cr主要以+3价和+6价存在．+6价的Cr能引起细胞的突变，可以用亚硫酸钠将其还原为+3价的铬，根据得失电子相等，Cr₂O₇^2-与SO₃^2-的物质的量之比是1：3；结合原子守恒和电荷守恒配平书写离子方程式；
（3）工业上在550℃时用钠与四氯化钛反应可制得钛，四氯化钛被钠还原为钛，依据原子守恒书写；
（4）电镀废渣（除镍外，还含有铜、锌、铁等元素），加入稀硫酸，废渣部分溶解，过滤后滤液Ⅰ中含Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺、Ni²⁺，加入FeS通过沉淀转化生成硫化铜、硫化锌，除去Cu²⁺、Zn²⁺杂质，过滤得到滤液Ⅱ，滤液Ⅱ加H₂O₂是将Fe²⁺氧化Fe³⁺，然后调pH沉淀Fe³⁺，过滤后得到滤液Ⅲ，溶质的主要成分是NiSO₄，加Na₂CO₃，NiSO₄与Na₂CO₃反应生成NiCO₃沉淀，而后过滤，再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO₄，经过蒸发浓缩、冷却结晶得到产品，据此分析解答．

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价，在H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，因此发生还原反应，CeO₂在该反应中作氧化剂，
故答案为：氧化；
（2）自然界中Cr主要以+3价和+6价存在．+6价的Cr能引起细胞的突变，可以用亚硫酸钠将其还原为+3价的铬，根据得失电子相等，Cr₂O₇^2-与SO₃^2-的物质的量之比是1：3；反应的离子方程式：Cr₂O₇^2-+3SO₃^2-+8H⁺=2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O，
故答案为：1，3，8H⁺，2，3，4；
（3）工业上在550℃时用钠与四氯化钛反应可制得钛，四氯化钛被钠还原为钛，反应的化学方程式为：4Na+TiCl₄$\frac{\underline{\;550℃\;}}{\;}$Ti+4NaCl，
故答案为：4Na+TiCl₄$\frac{\underline{\;550℃\;}}{\;}$Ti+4NaCl；
（4）电镀废渣（除镍外，还含有铜、锌、铁等元素），加入稀硫酸，废渣部分溶解，过滤后滤液Ⅰ中含Cu²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺、Ni²⁺，加入FeS通过沉淀转化生成硫化铜、硫化锌，除去Cu²⁺、Zn²⁺杂质，过滤得到滤液Ⅱ，滤液Ⅱ加H₂O₂是将Fe²⁺氧化Fe³⁺，然后调pH沉淀Fe³⁺，过滤后得到滤液Ⅲ，溶质的主要成分是NiSO₄，加Na₂CO₃，NiSO₄与Na₂CO₃反应生成NiCO₃沉淀，而后过滤，再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO₄，经过蒸发浓缩、冷却结晶得到产品．
①FeS除去Cu²⁺的反应是沉淀的转化，反应的离子方程式为：FeS+Cu²⁺=CuS+Fe²⁺，
故答案为：FeS+Cu²⁺=CuS+Fe²⁺；
②对滤液Ⅱ加H₂O₂的目的是将Fe²⁺氧化Fe³⁺，然后调pH使Fe³⁺完全沉淀，
故答案为：除去Fe³⁺；
③NiSO₄与Na₂CO₃反应生成NiCO₃沉淀，然后过滤，再加适量稀硫酸溶解又生成NiSO₄，这样可提高NiSO₄的浓度，有利于蒸发结晶，
故答案为：增大NiSO₄的浓度，利于蒸发结晶（或富集NiSO₄）；
④测定NiSO₄•xH₂O晶体中x的值，称取26.3g晶体加热至完全失去结晶水，剩余固体15.5g，失去水的质量=26.3g-15.5g=10.8g，NiSO₄的质量为15.5g，计算物质的量得到1：x=$\frac{15.5g}{155g/mol}$：$\frac{10.8g}{18g/mol}$，解得x=6，
故答案为：6．

点评 本题考查了金属及其化合物性质及物质的分离和提纯的方法，题目难度中等，主要考查氧化还原反应的离子方程式书写方法和产物判断，注意掌握常见金属及其化合物性质，掌握基础是关键．