Question

3．鈰、鈦、鋅、錳雖不是中學(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⁺，反應(yīng)中CeO₂作氧化劑．在加熱條件下，CeCl₃易發(fā)生水解，無水CeCl₃可用加熱CeCl₃•6H₂O和NH₄Cl固體混合物的方法來制備．其中NH₄Cl的作用是分解產(chǎn)生HCl，CeCl₃抑制水解．
（2）鈦（Ti）被譽為“二十一世紀(jì)的金屬”．
①在高溫下，向金紅石（主要成分Ti0₂）與焦炭的混合物中通入Cl₂，得到TiCl₄和一種可燃性氣體．該反應(yīng)的化學(xué)方程式是Ti0₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO．
②加熱條件下，鎂與TiCl₄反應(yīng)可得到鈦，下列氣體可以作為保護(hù)氣的是D
A．O₂   B．N₂   C．C0₂   D．Ar
（3）鋅和鋁都是活潑金屬，其氫氧化物既能溶于強酸，又能溶于強堿．寫出鋅和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式Zn+2NaOH=Na₂ZnO₂+H₂↑．
（4）錳及其化合物應(yīng)用越來越廣泛，MnO₂是一種重要的無機功能材料．
①已知A～G各物質(zhì)間的關(guān)系如圖，其中B、D為氣態(tài)單質(zhì)．

則反應(yīng)②的離子方程式為4H⁺+2Cl^-+MnO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$₂Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑．
②制備Mn0₂的方法之一是以石墨為電極，電解酸化的MnSO₄溶液，陽極的電極反應(yīng)式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．已知：K_sp[Al（OH）₃]=1×10^-33，pH=7.1時Mn（OH）₂開始沉淀．室溫下，欲除去MnSO₄溶液中的Al³⁺（使其濃度小于1×10^-6mol•L^-1），需調(diào)節(jié)溶液pH范圍為5.0＜pH＜7.1．

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價，在H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，因此發(fā)生還原反應(yīng)，CeO₂在該反應(yīng)中作氧化劑；NH₄Cl固體受熱分解生成氯化氫能抑制CeCl₃的水解；
（2）①Ti0₂與焦炭的混合物中通入Cl₂，在高溫條件下可生成TiCl₄和CO；
②鎂能與氧氣、氮氣、二氧化碳等反應(yīng)，與氬氣不反應(yīng)，據(jù)此選擇；
（3）鋅和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成鋅酸鈉和氫氣；
（4）在中學(xué)化學(xué)中MnO₂參與制備氣體單質(zhì)為氧氣和氯氣的制備，由轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，B是氧氣，D是氯氣，C是濃鹽酸，E是四氧化三鐵，F(xiàn)是氯化亞鐵，G是氯化鐵，若①不需要加熱，則A為過氧化氫，若需要加熱，則A為氯酸鉀，據(jù)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價，在H₂O₂的作用下可生成Ce³⁺，因此發(fā)生還原反應(yīng)，CeO₂在該反應(yīng)中作氧化劑，NH₄Cl固體受熱分解生成氯化氫能抑制CeCl₃的水解；
故答案為：氧化；分解產(chǎn)生HCl，CeCl₃ 抑制水解；
（2）①Ti0₂與焦炭的混合物中通入Cl₂，在高溫條件下可生成TiCl₄和CO，反應(yīng)方程式為Ti0₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO，
故答案為：Ti0₂+2Cl₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$TiCl₄+2CO；
②鎂能與氧氣、氮氣、二氧化碳等反應(yīng)，與氬氣不反應(yīng)，故選D；
（3）鋅和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成鋅酸鈉和氫氣，反應(yīng)方程式為Zn+2NaOH=Na₂ZnO₂+H₂↑，
故答案為：Zn+2NaOH=Na₂ZnO₂+H₂↑；
（4）在中學(xué)化學(xué)中MnO₂參與制備氣體單質(zhì)為氧氣和氯氣的制備，由轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，B是氧氣，D是氯氣，C是濃鹽酸，E是四氧化三鐵，F(xiàn)是氯化亞鐵，G是氯化鐵，若①不需要加熱，則A為過氧化氫，若需要加熱，則A為氯酸鉀．
①反應(yīng)②為實驗室用濃鹽酸與二氧化錳加熱制備氯氣的常用方法，離子方程式為4H⁺+2Cl^-+MnO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$₂ Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑，
故答案為：4H⁺+2Cl^-+MnO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$₂ Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑；
②制備Mn0₂的方法之一是以石墨為電極，電解酸化的MnSO₄溶液，陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，錳離子失去電子生成二氧化錳，電極反應(yīng)式為 Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，除去MnSO₄溶液中的Al³⁺即要使鋁離子沉淀完全，鋁離子的濃度小于10^-6mol•L^-1，根據(jù)K_sp[Al（OH）₃]=1×10^-33，可知此時溶液中c（OH^-）=$\root{3}{\frac{1×10{\;}^{-33}}{1×10{\;}^{-6}}}$mol•L^-1=1×10^-9mol•L^-1，溶液的pH=5，所以欲除去MnSO₄溶液中的Al³⁺需調(diào)節(jié)溶液pH范圍為5.0＜pH＜7.1，
故答案為：Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺；5.0＜pH＜7.1．

點評 本題考查了元素化合物性質(zhì)的分析應(yīng)用，主要是氧化還原反應(yīng)的離子方程式書寫方法和產(chǎn)物判斷以及電極反應(yīng)的書寫、沉淀的相關(guān)計算，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．