Question

【題目】(1)鋁是應(yīng)用廣泛的金屬。以鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質(zhì))為原料制備鋁的一種工藝流程如下：

①“電解Ⅰ”是電解熔融Al2O3，電解過程中作陽極的石墨易消耗，原因是_______________。

②“電解Ⅱ”是電解Na2CO3溶液，原理如圖所示。陽極的電極反應(yīng)式為___________，陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學(xué)式為________。

(2)與常規(guī)方法不同，有研究者用HCl—CuCl2做蝕刻液。蝕銅結(jié)束，會產(chǎn)生大量含Cu＋廢液，采用如圖所示方法，可達到蝕刻液再生，回收金屬銅的目的。此法采用摻硼的人造鉆石BDD電極，可直接從水中形成一種具有強氧化性的氫氧自由基(HO·)，請寫出BDD電極上的電極反應(yīng)________，進一步反應(yīng)可實現(xiàn)蝕刻液再生，請寫出刻蝕液再生的離子方程式__________。

(3)電滲析法處理廚房垃圾發(fā)酵液，同時得到乳酸的原理如下圖所示(圖中“HA”表示乳酸分子，A－表示乳酸根離子)。

①陽極的電極反應(yīng)式為____________。

②簡述濃縮室中得到濃乳酸的原理：__________________

Answer 1

【答案】石墨電極被陽極上產(chǎn)生的O2氧化 4CO32-＋2H2O－4e－=4HCO3-＋O2↑ H2 OH－－e－=HO· Cu＋＋HO·＋H＋=Cu2＋＋H2O 4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 陽極OH－放電，c(H＋)增大，H＋從陽極通過陽離子交換膜進入濃縮室；A－通過陰離子交換膜從陰極進入濃縮室，H＋＋A－=HA，乳酸濃度增大

【解析】

(1)以鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質(zhì))為原料制備鋁，由流程可知，加NaOH溶解時Fe2O3不反應(yīng)，由信息可知SiO2在“堿溶”時轉(zhuǎn)化為鋁硅酸鈉沉淀，過濾得到的濾渣為Fe2O3、鋁硅酸鈉，碳酸氫鈉與偏鋁酸鈉反應(yīng)生成Al(OH)3，過濾II得到Al(OH)3，灼燒生成氧化鋁，電解I為電解氧化鋁生成Al和氧氣，電解II為電解Na2CO3溶液，結(jié)合圖可知，陽極上碳酸根離子失去電子生成碳酸氫根離子和氧氣，陰極上氫離子得到電子生成氫氣，以此分析解答。

(2)由圖示可知陽極生成HO，在陽極上發(fā)生H++Cu++OH=Cu2++H2O，Cl-通過陰離子交換膜移入陽極區(qū)可生成CuCl2蝕刻液；

(3)①電解池中陽極上氫氧根離子失電子生成氧氣；②根據(jù)電解池中離子的移動方向分析解答。

(1)①“電解Ⅰ”是電解熔融Al2O3，電解過程中作陽極上生成氧氣，石墨電極被陽極上產(chǎn)生的O2氧化，易消耗，故答案為：石墨電極被陽極上產(chǎn)生的O2氧化；

②“電解Ⅱ”是電解Na2CO3溶液，由圖可知，陽極溶液中的陰離子即水中的OH－放電生成O2，2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，H＋與CO32-結(jié)合生成HCO3-，由圖陽極區(qū)Na2CO3生成NaHCO3)，總電極反應(yīng)為4CO32-+2H2O-4e-═4HCO3-+O2↑，陰極上氫離子得到電子生成氫氣，故答案為：4CO32-+2H2O-4e-═4HCO3-+O2↑；H2；

(2)由圖示可知陽極生成HO，電極反應(yīng)式為OH－－e－=HO (或H2O-e-=HO+H+)，在陽極上發(fā)生H++Cu++OH=Cu2++H2O，然后H++Cu++OH=Cu2++H2O生成Cu2+，Cl-通過陰離子交換膜移入陽極區(qū)可生成CuCl2蝕刻液，故答案為：OH－－e－=HO (或H2O-e-=HO+H+)；H++Cu++OH=Cu2++H2O

(3)①陽極上是陰離子(氫氧根離子)發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：4OH--4e-═2H2O+O2↑，故答案為：4OH--4e-═2H2O+O2↑；

②在電解池的陽極上是OH-放電，所以c(H+)增大，并且H+從陽極通過陽離子交換膜進入濃縮室；根據(jù)電解原理，電解池中的陰離子移向陽極，即A-通過陰離子交換膜從陰極進入濃縮室，這樣：H++A-═HA，乳酸濃度增大，故答案為：陽極OH-放電，c(H+)增大，H+從陽極通過陽離子交換膜進入濃縮室，A-通過陰離子交換膜從陰極進入濃縮室，H++A-═HA，乳酸濃度增大。