Question

8．對金屬制品進行抗腐蝕處理，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，陽極電極反應為2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺．取少量廢電解液，加入NaHCO₃溶液后產生氣泡和白色沉淀，產生沉淀的原因是因為Al³⁺和HCO₃^-發生了雙水解，Al³⁺+3HCO₃^-═Al（OH）₃↓+CO₂↑．
（2）科研、生產中常涉及鈉、硫及其化合物．
①如圖2為鈉硫高能電池的結構示意圖，該電池的工作溫度為320℃左右，電池反應為2Na+xS=Na₂Sx，正極的電極反應式為xS+2e^-=S_x^2-（或2Na⁺+xS+2e^-=Na₂S_x）．M（由Na₂O和Al₂O₃制得）的兩個作用是．與鉛蓄電池相比，當消耗相同質量的負極活性物質時，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為c（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，原因為2S^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^-，故應通入CO₂來回收Al（OH）₃，發生反應2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀還會繼續溶解；
②鋁為陽極，會發生氧化反應，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應式為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；HCO₃^-與H⁺反應使H⁺濃度減小，產生Al（OH）₃沉淀；
（2）①原電池正極發生得電子的還原反應，結合原電池的構成條件和題意實際情況來分析M的作用，根據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根據鹽的電離和離子的水解知識來比較離子濃度大小，根據加入硫酸銅后所發生的反應情況來判斷pH的變化，根據硫離子的強還原性來回答．

解答 解：（1）①鋁能與強堿反應產生氫氣，Al（OH）₃具有兩性，既能與強堿反應也能與強酸反應生成鹽和水，堿洗槽液中有AlO₂^-，故應通入CO₂來回收Al（OH）₃，發生反應2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀還會繼續溶解，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；b；
②鋁為陽極，會發生氧化反應，表面形成氧化膜，必須有水參加，所以電極反應式為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；加入NaHCO₃溶液后產生氣泡和白色沉淀，是由于廢電解液中含有Al³⁺，和HCO₃^-發生了互促水解．3HCO₃^-+Al³⁺=3CO₂↑+Al（OH）₃↓；或HCO₃^-與H⁺反應使H⁺濃度減小，產生Al（OH）₃沉淀，
故答案為：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；因為Al³⁺和HCO₃^-發生了雙水解，Al³⁺+3HCO₃^-═Al（OH）₃↓+CO₂↑；
（2）①原電池正極發生得電子的還原反應，在反應2Na+xS=Na₂S_x中，硫單質得電子，故正極反應為：xS+2e^-=S_x^2-（或2Na⁺+xS+2e^-=Na₂S_x），M作為電解質的同時又將鈉和硫隔開，與鉛蓄電池相比，當消耗相同質量的負極活性物質鉛和鈉時，鉛成為鉛離子時轉移電子的物質的量是鈉成為鈉離子時轉移的電子的物質的量的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）、離子導電（導電或電解質）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為中性硫酸鈉溶液，故pH 減小，
硫離子有很強還原性，很容易被空氣氧化，反應方程式為：2S^2-+O₂+2H₂O=2S↓+4OH^-，
故答案為：c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞c（H⁺）；減小；2S^2-+O₂+2H₂O=2S↓+4OH^-．

點評 本題考查制備實驗方案的設計，為高頻考點，把握制備流程中的反應及混合物分離方法為解答的關鍵，注意氧化還原反應、電化學反應原理的應用，綜合性較強，題目難度中等．