Question

2．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⁺，写出该反应的化学方程式2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Cr³⁺+O₂↑+4H₂O ，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．现用亚硫酸钠溶液与0.1mol K₂Cr₂O₇反应，将其+6价的Cr完全还原为+3价的铬，则消耗1mol/L亚硫酸钠溶液的体积为0.3L．
（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═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（已知溶解度FeS＞CuS）．请写出除去Cu²⁺的离子方程式FeS+Cu²⁺=CuS+Fe²⁺．
②对滤液Ⅱ先加H₂O₂再调pH．加H₂O₂的目的是氧化Fe²⁺，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）．

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，利用反应定量关系计算；
（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），过滤后在滤液中加入FeS，生成CuS、ZnS，可除去Cu²⁺、Zn²⁺等杂质，对滤液Ⅱ先加W，应为过氧化氢，可氧化Fe²⁺生成Fe³⁺，有利于水解生成氢氧化铁沉淀而除去，过滤后在滤液中加入碳酸钠，可生成NiCO₃，过滤后加入硫酸可生成NiSO₄，经蒸发、浓缩、冷却结晶可得到硫酸镍晶体，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，反应的离子方程式为2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Cr³⁺+O₂↑+4H₂O，
故答案为：2CeO₂+H₂O₂+6H⁺=2Cr³⁺+O₂↑+4H₂O；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，现用亚硫酸钠溶液与0.1mol K₂Cr₂O₇反应，将其+6价的Cr完全还原为+3价的铬，消耗亚硫酸钠物质的量为0.3mol，则消耗1mol/L亚硫酸钠溶液的体积=$\frac{0.3mol}{1mol/L}$=0.3L，
故答案为：0.3；
（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═Ti+4NaCl，
故答案为：4Na+TiCl₄═Ti+4NaCl；
（4）电镀废渣（除镍外，还含有铜、锌、铁等元素），过滤后在滤液中加入FeS，生成CuS、ZnS，可除去Cu²⁺、Zn²⁺等杂质，对滤液Ⅱ先加W，应为过氧化氢，可氧化Fe²⁺生成Fe³⁺，有利于水解生成氢氧化铁沉淀而除去，过滤后在滤液中加入碳酸钠，可生成NiCO₃，过滤后加入硫酸可生成NiSO₄，经蒸发、浓缩、冷却结晶可得到硫酸镍晶体，
①FeS除去Cu²⁺的反应是沉淀的转化，即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沉淀Fe³⁺，
故答案为：氧化Fe²⁺；除去Fe³⁺；
③NiSO₄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，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）．

点评 本题考查较为综合，涉及氧化还原反应、盐类的水解、物质的分离提纯以及原电池知识，为高频考点，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，为高频考点和常见题型，题目难度中等，注意把握基础知识的积累．