Question

鈰、鉻、鈷、鎳雖不是中學(xué)階段常見的金屬元素，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⁺，CeO₂在該反應(yīng)中作

 

劑．
（2）自然界Cr主要以+3價和+6價存在．+6價的Cr能引起細(xì)胞的突變，可以用亞硫酸鈉將其還原為+3價的鉻．完成并配平下列離子方程式：

 

Cr₂O₇^2-+

 

SO₃^2-+

 

=

 

Cr³⁺+

 

SO₄^2-+

 

H₂O
（3）某鋰離子電池用含有Li⁺的導(dǎo)電固體作為電解質(zhì)．充電時，Li⁺還原為Li，并以原子形式嵌入電極材料C₆中，以LiC₆表示，電池反應(yīng)為CoO₂+LiC₆ 

放電

充電

 LiCoO₂+C₆．放電時的正極反應(yīng)式為

 

．如圖表示該裝置工作時電子和離子的移動方向，此時C₆電極作

 

極．
（4）脫硝．利用甲烷催化還原NOx：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1
甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為

 

．
（5）NiSO₄?6H₂O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：

廢渣稀硫酸過濾濾液Ⅰ調(diào)pH，加入FeS過濾加H₂O₂，調(diào)pH過濾加Na₂CO₃過濾Ni₂+CO₃濾液Ⅱ濾液Ⅲ稀硫酸Ni₂+HSO₄一系列操作NiSO₄?6H₂O
①向濾液Ⅰ中加入FeS是為了除去Cu²⁺、Zn²⁺等雜質(zhì)，除去Cu²⁺的離子方程式為

 

．
②對濾液Ⅱ調(diào)pH的目的是除去Fe³⁺，其原理是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，已知25℃時Ksp[Fe（OH）₃]=2.8×10^-39，則該溫度下上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

 

．
③濾液Ⅲ溶質(zhì)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

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用,氧化還原反應(yīng),氧化還原反應(yīng)方程式的配平,熱化學(xué)方程式,物質(zhì)的分離、提純的基本方法選擇與應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題,氧化還原反應(yīng)專題

分析：（1）CeO₂在稀硫酸和H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，Ce元素的化合價由+4價降低為+3價；
（2）從質(zhì)量守恒、電荷守恒和電子守恒的角度配平方程式；
（3）放電時，電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)，被CoO₂還原生成LiCoO₂；根據(jù)電子和離子的定向移動方向判斷電極；
（4）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1，
由蓋斯定律可知（①+②）÷2可知甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式；
（5）①加入FeS，可轉(zhuǎn)化為溶解度更小的難溶電解質(zhì)；
②Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，K=

c3(H+)

c(Fe3+)

，25℃時Ksp[Fe（OH）₃]=2.8×10^-39，Ksp=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），Ka=c（H⁺）×c（OH^-），則K=

(Ka)3

Ksp

；
③濾液Ⅱ中含有Fe²⁺，可與過氧化氫發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe³⁺，調(diào)節(jié)pH，可有利于Fe³⁺的水解．

解答： 解：（1）CeO₂在稀硫酸和H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，Ce元素的化合價由+4價降低為+3價，則CeO₂在反應(yīng)中作氧化劑，故答案為：氧化；
（2）反應(yīng)中Cr元素化合價由+6價降低到+3價，S元素化合價由+4價升高到+6價，則最小公倍數(shù)為12，由電子守恒和原子守恒、電荷守恒可知配平后的離子方程式為Cr₂O₇^2-+3SO₃^2-+8H⁺═2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂0，故答案為：1；3；8H⁺；2；3；4；
（3）放電時，電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)，被CoO₂還原生成LiCoO₂，電極方程式為CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂，圖1中電子向C₆極移動，如C₆為負(fù)極，則移向C₆的離子應(yīng)為陰離子，而移向C₆的為陽離子，則C₆應(yīng)為陰極，此時該電池處于充電狀態(tài)，
故答案為：CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂；充電；
（4）①CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₁=-574kJ?mol^-1
②CH₄（g）+4NO（g）═2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H₂=-1160kJ?mol^-1，
由蓋斯定律可知（①+②）÷2可知甲烷直接將NO₂還原為N₂的熱化學(xué)方程式為CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol，
故答案為：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol；
（5）①向濾液Ⅰ中加入FeS主要目的是除去Cu、Zn等雜質(zhì)，說明CuS的溶解度更小，反應(yīng)的離子方程式為FeS（aq）+Cu²⁺（aq）=Fe²⁺（aq）+CuS（aq），
故答案為：FeS（aq）+Cu²⁺（aq）=Fe²⁺（aq）+CuS（aq）；
②Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，K=

c3(H+)

c(Fe3+)

，25℃時Ksp[Fe（OH）₃]=2.8×10^-39，Ksp=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），Ka=c（H⁺）×c（OH^-），則K=

(Ka)3

Ksp

=

(1×10-14)3

2.8×10-39

=3.6×10^-4，故答案為：3.6×10^-4；

③濾液Ⅲ溶質(zhì)的主要成分是NiSO₄，再加入碳酸鈉過濾后，加稀硫酸溶解又生成NiSO₄，可增大成NiSO₄濃度，有利于蒸發(fā)結(jié)晶，
故答案為：增大NiSO₄濃度，有利于蒸發(fā)結(jié)晶．

點(diǎn)評：本題考查較為綜合，涉及氧化還原反應(yīng)、鹽類的水解、物質(zhì)的分離提純以及原電池知識，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實驗?zāi)芰�、計算能力的考查，為高頻考點(diǎn)和常見題型，題目難度中等，注意把握基礎(chǔ)知識的積累．