Question

8．對金屬制品進(jìn)行抗腐蝕處理，可延長其使用壽命．
（1）圖1為鋁材表面處理的一種方法：
①堿洗的目的是除去鋁材表面的自然氧化膜，堿洗時(shí)常有氣泡冒出，原因是2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑
（用離子方程式表示）．為將堿洗槽液中鋁以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列試劑中的b．
a．NH₃        b．CO₂      c．NaOH      d．HNO₃
②以鋁材為陽極，在H₂SO₄ 溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極電極反應(yīng)為2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺．取少量廢電解液，加入NaHCO₃溶液后產(chǎn)生氣泡和白色沉淀，產(chǎn)生沉淀的原因是因?yàn)锳l³⁺和HCO₃^-發(fā)生了雙水解，Al³⁺+3HCO₃^-═Al（OH）₃↓+CO₂↑．
（2）科研、生產(chǎn)中常涉及鈉、硫及其化合物．
①如圖2為鈉硫高能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，該電池的工作溫度為320℃左右，電池反應(yīng)為2Na+xS=Na₂Sx，正極的電極反應(yīng)式為xS+2e^-=S_x^2-（或2Na⁺+xS+2e^-=Na₂S_x）．M（由Na₂O和Al₂O₃制得）的兩個(gè)作用是．與鉛蓄電池相比，當(dāng)消耗相同質(zhì)量的負(fù)極活性物質(zhì)時(shí)，鈉硫電池的理論放電量是鉛蓄電池的4.5倍．
②Na₂S溶液中離子濃度由大到小的順序?yàn)閏（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞c（H⁺），向該溶液中加入少量固體CuSO₄，溶液pH減小（填“增大”“減小”或“不變”），Na₂S溶液長期放置有硫析出，原因?yàn)?S^2-+O₂+2H₂O=2S↓+4OH^-（用離子方程式表示）．

Answer 1

分析 （1）①有氣泡冒出因2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；因堿洗槽液中有AlO₂^-，故應(yīng)通入CO₂來回收Al（OH）₃，發(fā)生反應(yīng)2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀還會(huì)繼續(xù)溶解；
②鋁為陽極，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應(yīng)式為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；HCO₃^-與H⁺反應(yīng)使H⁺濃度減小，產(chǎn)生Al（OH）₃沉淀；
（2）①原電池正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，結(jié)合原電池的構(gòu)成條件和題意實(shí)際情況來分析M的作用，根據(jù)鉛蓄電池的工作原理和鈉硫高能電池的工作原理來回答；
②根據(jù)鹽的電離和離子的水解知識來比較離子濃度大小，根據(jù)加入硫酸銅后所發(fā)生的反應(yīng)情況來判斷pH的變化，根據(jù)硫離子的強(qiáng)還原性來回答．

解答 解：（1）①鋁能與強(qiáng)堿反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，Al（OH）₃具有兩性，既能與強(qiáng)堿反應(yīng)也能與強(qiáng)酸反應(yīng)生成鹽和水，堿洗槽液中有AlO₂^-，故應(yīng)通入CO₂來回收Al（OH）₃，發(fā)生反應(yīng)2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀還會(huì)繼續(xù)溶解，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；b；
②鋁為陽極，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應(yīng)式為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；加入NaHCO₃溶液后產(chǎn)生氣泡和白色沉淀，是由于廢電解液中含有Al³⁺，和HCO₃^-發(fā)生了互促水解．3HCO₃^-+Al³⁺=3CO₂↑+Al（OH）₃↓；或HCO₃^-與H⁺反應(yīng)使H⁺濃度減小，產(chǎn)生Al（OH）₃沉淀，
故答案為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；因?yàn)锳l³⁺和HCO₃^-發(fā)生了雙水解，Al³⁺+3HCO₃^-═Al（OH）₃↓+CO₂↑；
（2）①原電池正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，在反應(yīng)2Na+xS=Na₂S_x中，硫單質(zhì)得電子，故正極反應(yīng)為：xS+2e^-=S_x^2-（或2Na⁺+xS+2e^-=Na₂S_x），M作為電解質(zhì)的同時(shí)又將鈉和硫隔開，與鉛蓄電池相比，當(dāng)消耗相同質(zhì)量的負(fù)極活性物質(zhì)鉛和鈉時(shí)，鉛成為鉛離子時(shí)轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是鈉成為鈉離子時(shí)轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量的4.5倍，即鈉硫電池的理論放電量是鉛蓄電池4.5倍，故答案為：xS+2e^-=S_x^2-（或2Na⁺+xS+2e^-=Na₂S_x）、離子導(dǎo)電（導(dǎo)電或電解質(zhì)）和隔離鈉與硫、4.5；
②硫化鈉電離出的離子有鈉離子和硫離子，理論上鈉離子濃度是硫離子的2倍，故c（Na⁺）＞c（S^2-），但少量的硫離子水解，第一步水解強(qiáng)于第二步，兩步水解均生成氫氧根，故c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-），溶液顯堿性，故氫離子濃度最小，加硫酸銅后，溶液由堿性硫化鈉溶液變?yōu)橹行粤蛩徕c溶液，故pH 減小，
硫離子有很強(qiáng)還原性，很容易被空氣氧化，反應(yīng)方程式為：2S^2-+O₂+2H₂O=2S↓+4OH^-，
故答案為：c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞c（H⁺）；減��；2S^2-+O₂+2H₂O=2S↓+4OH^-．

點(diǎn)評 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，為高頻考點(diǎn)，把握制備流程中的反應(yīng)及混合物分離方法為解答的關(guān)鍵，注意氧化還原反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)原理的應(yīng)用，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等．