Question

20．金屬的表面處理可以使金屬制品美觀耐用，我國2000多年前就已經掌握化學鍍鉻即鉻鹽氧化處理技術，現代工業中常采用電鍍或化學鍍進行金屬表面處理．請回答：
（l）化學鍍是借助合適的還原劑，使鍍液中金屬離子還原沉積到金屬表面．如化學鍍鎳是在酸性環境下以NaH₂PO₂為還原劑（氧化生成NaH₂PO₃）使Ni²⁺還原，其離子方程式為Ni²⁺+H₂PO₂^-+H₂O=Ni+H₂PO₃^-+2H⁺
（2）工業上進行電鍍時，待鍍金屬作為陰極．電鍍鉻若采用Cr³⁺的簡單水溶液，電鍍過程中陰極附近的pH與電鍍時間的關系如圖1，pH變化的原因是H⁺參與放電，上述過程的發生對鍍層產生的影響是鍍層變薄且不均勻．

（3）為防止上述過程發生，電鍍鉻可以在硫酸鹽溶液體系中進行，圖2為硫酸鹽溶液中Cr³⁺的濃度對鍍層厚度和覆蓋范圍的影響，隨厚度增加，鍍層覆蓋范圍變化的原因可能是Cr³⁺濃度增加會使鍍層加厚，但濃度增加鉻晶粒變大使覆蓋范圍變�。�
（4）綜合考慮鍍層厚度及覆蓋范圍，電鍍鉻時溫度以30-40℃為佳，工業上控制反應溫度的設備名稱為熱交換器；電鍍鉻的過程中陽極會產生部分Cr₂O₇²⁺，可以加入AB（填字母）除去．
A．H₂O₂   B．Na₂SO₃    C．FeSO₄
（5）工業采用含Cr³⁺為3.25g/L的電解液電鍍鉻，則溶液pH不能大于4．（已知：35℃時，K_w=2.0×10^-14，K_sp[Cr（OH）₃]=5.0×10-³¹）

Answer 1

分析 （1）化學鍍鎳是在酸性環境下以NaH₂PO₂為還原劑（氧化生成NaH₂PO₃）使Ni²⁺還原，還原產物是Ni，據此書寫離子反應；
（2）在電鍍工業中，待鍍金屬做陰極，鍍層金屬做陽極，根據電鍍池中電極反應式來回答；
（3）根據硫酸鹽溶液中Cr³⁺的濃度對鍍層厚度和覆蓋范圍的影響關系來分析原因；
（4）工業上控制反應溫度的設備名稱為熱交換器，Cr₂O₇^2-具有很強的氧化性，可以和還原性的試劑之間發生反應，但是不能引進雜質離子；
（5）根據K_sp[Cr（OH）₃]=5.0×10-³¹=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）來計算氫氧根離子濃度，根據Kw=c（H⁺）•c（OH^-）來計算氫離子濃度，進而計算pH．

解答 解：（1）根據信息：化學鍍鎳是在酸性環境下以NaH₂PO₂為還原劑（氧化生成NaH₂PO₃）使Ni²⁺還原，還原產物是Ni，結合氧化還原反應知識，得到反應為：Ni²⁺+H₂PO₂^-+H₂O=Ni+H₂PO₃^-+2H⁺；故答案為：Ni²⁺+H₂PO₂^-+H₂O=Ni+H₂PO₃^-+2H⁺；
（2）在電鍍工業中，待鍍金屬做陰極，鍍層金屬做陽極，根據電鍍過程中陰極附近的pH與電鍍時間的關系圖，可以看出由于H⁺參與放電，導致溶液pH的變化，在陰極上，應該是金屬陽離子得電子析出金屬單質的過程，由于氫離子參與放電，所以鍍層變薄且不均勻；故答案為：陰；H⁺參與放電；鍍層變薄且不均勻；
（3）根據硫酸鹽溶液中Cr³⁺的濃度對鍍層厚度和覆蓋范圍的影響關系，得到：Cr³⁺濃度增加會使鍍層加厚，但濃度增加鉻晶粒變大使覆蓋范圍變小，故答案為：Cr³⁺濃度增加會使鍍層加厚，但濃度增加鉻晶粒變大使覆蓋范圍變��；
（4）工業上控制反應溫度的設備名稱為熱交換器；鍍鉻的過程中陽極會產生部分Cr₂O₇^2-，Cr₂O₇^2-具有很強的氧化性，可以和還原性雙氧水、亞硫酸鈉之間發生反應，但是C選項的硫酸亞鐵會引進雜質離子，故選AB；
故答案為：熱交換器；AB；
（5）含Cr³⁺為3.25g/L的電解液中，Cr³⁺的濃度是$\frac{\frac{3.25g}{52g/mol}}{1L}$=0.0625mol/L，根據K_sp[Cr（OH）₃]=5.0×10^-31=c（Cr³⁺）•c³（OH^-），得到氫氧根離子濃度=$\root{3}{\frac{5.0×1{0}^{-31}}{0.0625}}$=2×10^-10mol/L，Kw=c（H⁺）•c（OH^-），c（H⁺）=$\frac{2×1{0}^{-14}}{2×1{0}^{-10}}$mol/L=10^-4mol/L，所以pH=4，故答案為：4．

點評 本題涉及電解池的工作原理以及應用、難溶物的沉淀溶解平衡常數的計算等方面的知識，屬于綜合知識的考查，難度中等．