Question

铈、铬、钴、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

 

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：

 

Cr₂O₇^2-+

 

SO₃^2-+

 

=

 

Cr³⁺+

 

SO₄^2-+

 

H₂O
（3）某锂离子电池用含有Li⁺的导电固体作为电解质．充电时，Li⁺还原为Li，并以原子形式嵌入电极材料C₆中，以LiC₆表示，电池反应为CoO₂+LiC₆ 

放电

充电

 LiCoO₂+C₆．放电时的正极反应式为

 

．如图表示该装置工作时电子和离子的移动方向，此时C₆电极作

 

极．
（4）脱硝．利用甲烷催化还原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
甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为

 

．
（5）NiSO₄?6H₂O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：

废渣稀硫酸过滤滤液Ⅰ调pH，加入FeS过滤加H₂O₂，调pH过滤加Na₂CO₃过滤Ni₂+CO₃滤液Ⅱ滤液Ⅲ稀硫酸Ni₂+HSO₄一系列操作NiSO₄?6H₂O
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

 

．
②对滤液Ⅱ调pH的目的是除去Fe³⁺，其原理是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，已知25℃时Ksp[Fe（OH）₃]=2.8×10^-39，则该温度下上述反应的平衡常数K=

 

．
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

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,氧化还原反应,氧化还原反应方程式的配平,热化学方程式,物质的分离、提纯的基本方法选择与应用

专题：实验设计题,氧化还原反应专题

分析：（1）CeO₂在稀硫酸和H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，Ce元素的化合价由+4价降低为+3价；
（2）从质量守恒、电荷守恒和电子守恒的角度配平方程式；
（3）放电时，电池的正极发生还原反应，被CoO₂还原生成LiCoO₂；根据电子和离子的定向移动方向判断电极；
（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，
由盖斯定律可知（①+②）÷2可知甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式；
（5）①加入FeS，可转化为溶解度更小的难溶电解质；
②Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，K=

c3(H+)

c(Fe3+)

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

(Ka)3

Ksp

；
③滤液Ⅱ中含有Fe²⁺，可与过氧化氢发生氧化还原反应生成Fe³⁺，调节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元素的化合价由+4价降低为+3价，则CeO₂在反应中作氧化剂，故答案为：氧化；
（2）反应中Cr元素化合价由+6价降低到+3价，S元素化合价由+4价升高到+6价，则最小公倍数为12，由电子守恒和原子守恒、电荷守恒可知配平后的离子方程式为Cr₂O₇^2-+3SO₃^2-+8H⁺═2Cr³⁺+3SO₄^2-+4H₂0，故答案为：1；3；8H⁺；2；3；4；
（3）放电时，电池的正极发生还原反应，被CoO₂还原生成LiCoO₂，电极方程式为CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂，图1中电子向C₆极移动，如C₆为负极，则移向C₆的离子应为阴离子，而移向C₆的为阳离子，则C₆应为阴极，此时该电池处于充电状态，
故答案为：CoO₂+Li⁺+e^-=LiCoO₂；充电；
（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，
由盖斯定律可知（①+②）÷2可知甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol，
故答案为：CH₄（g）+2NO₂（g）═N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）△H=-867kJ/mol；
（5）①向滤液Ⅰ中加入FeS主要目的是除去Cu、Zn等杂质，说明CuS的溶解度更小，反应的离子方程式为FeS（aq）+Cu²⁺（aq）=Fe²⁺（aq）+CuS（aq），
故答案为：FeS（aq）+Cu²⁺（aq）=Fe²⁺（aq）+CuS（aq）；
②Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺，K=

c3(H+)

c(Fe3+)

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

(Ka)3

Ksp

=

(1×10-14)3

2.8×10-39

=3.6×10^-4，故答案为：3.6×10^-4；

③滤液Ⅲ溶质的主要成分是NiSO₄，再加入碳酸钠过滤后，加稀硫酸溶解又生成NiSO₄，可增大成NiSO₄浓度，有利于蒸发结晶，
故答案为：增大NiSO₄浓度，有利于蒸发结晶．

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，侧重于学生的分析能力和实验能力、计算能力的考查，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．