Question

18．鈰、鉻、鈷、鎳等過渡元素的單質(zhì)及其化合物在工業(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)中作氧化劑．
（2）自然界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．完成并配平下列離子方程式：
1Cr₂O₇^2-+3SO₃^2-+8H⁺□═2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂O
（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(shí)，Li⁺還原為L(zhǎng)i，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?充電放電LiCoO₂+C₆放電時(shí)的正極反應(yīng)式為CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂．
（4）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：

①向?yàn)V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FeS（aq）+Cu²⁺（aq）=Fe²⁺（aq）+CuS（aq）．
②對(duì)濾液Ⅱ調(diào)pH的目的是除去Fe³⁺，原理是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，已知25℃時(shí)K_sp[Fe（OH）₃]=2.8×10^-39，該溫度下上述反應(yīng)的平衡常數(shù)K=3.6×10^-4．
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增大NiSO₄濃度，有利于蒸發(fā)結(jié)晶．

Answer 1

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(jià)由+4價(jià)降低為+3價(jià)；
（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）根據(jù)電子和離子的定向移動(dòng)方向判斷電極；放電時(shí)，電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)，被CoO₂還原生成LiCoO₂；
（4）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⁺，25℃時(shí)Ksp[Fe（OH）₃]=2.8×10^-39，Ksp=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），Kw=c（H⁺）×c（OH^-），則K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$×$\frac{{c}^{3}（O{H}^{-}）}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{K{w}^{3}}{Ksp}$；
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(jià)由+4價(jià)降低為+3價(jià)，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(jià)由+6價(jià)降低到+3價(jià)，S元素化合價(jià)由+4價(jià)升高到+6價(jià)，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）反應(yīng)中電子向C₆極移動(dòng)，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(yáng)離子，則C₆應(yīng)為陰極，此時(shí)該電池處于充電狀態(tài)，放電時(shí)，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，
故答案為：CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂；
（4）①向?yàn)V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⁺，25℃時(shí)Ksp[Fe（OH）₃]=2.8×10^-39，Ksp=c（Fe³⁺）×c³（OH^-），Kw=c（H⁺）×c（OH^-），則K=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$=$\frac{{c}^{3}（{H}^{+}）}{c（F{e}^{3+}）}$×$\frac{{c}^{3}（O{H}^{-}）}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{K{w}^{3}}{Ksp}$；
則K=$\frac{K{w}^{3}}{Ksp}$=$\frac{（1{0}^{-14}）^{3}}{2.8×1{0}^{-39}}$=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(píng) 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(shí)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒂?jì)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(shí)的積累．