题目内容
【题目】电解已广泛应用于金属冶炼、污水的处理等工业。
(1)新型的钛基纳米PbO2电极材料制备:在钛板上先形成一层铝膜,在草酸溶液中作阳极氧化为氧化铝同时形成孔洞,再在Pb(NO3)2溶液中浸泡电解形成纳米PbO2,用氢氧化钠溶液浸泡除去多余的氧化铝,获得钛基纳米PbO2电极。
①钛基板打磨后用丙酮浸泡,再用水冲洗,用丙酮浸泡的作用是 。
②阳极氧化时溶液中电流强度和基板孔洞深度随时间变化如下图所示,氧化的终点电流突然增加的原因是 。电极氧化成孔洞时温度需严格控制在8℃左右,温度不宜过高的原因是 。
③电解形成纳米PbO2时阳极电极反应式为 。工业上可以用Na2S2O8溶液氧化Pb(NO3)2制备PbO2,其离子方程式为 。
(2)PbO2做阳极电解处理污水
①用PbO2材料做阳极处理污水的效果明显优于石墨电极,其原因可能是 。
②某小组用自己制作的钛基纳米PbO2电极电解处理污水,发现污水澄清效果优于购买的标准钛基纳米PbO2电极。此钛基纳米PbO2电极的EDX能图谱信息如下图,其去污效果好的原因可能是 。
【答案】每空2分
(1)①除去钛基表面的有机物(油污)
②铝氧化完成,形成的空洞到达金属钛的表面,金属钛导电
防止温度高氧化铝溶解,不能形成孔洞
③Pb2++2H2O-2e-=PbO2+4H+
Pb2++ S2O82-+2H2O=PbO2↓+2SO42- +4H+
(2)①PbO2具有催化作用
②电极板中含有金属铝,电解时铝溶解形成氢氧化铝胶体吸附污水中的杂质
【解析】
试题分析:
(1)①金属表面的油污可以用热的纯碱或有机溶剂洗去;
②图像中含有两条曲线,一条是电流强度,另一条是孔洞深度,显然当孔洞深度不变时电流强度突然增加,即孔洞到底了,金属钛的导电能力强,没有打通之前表面是氧化铝,导电能力差;氧化铝和铝均溶解于强酸,当温度高时可能溶解于草酸溶液导致不能形成孔洞;
③阳极失去电子,应是Pb2+变成PbO2,电极反应式为Pb2++2H2O-2e-=PbO2+4H+;反应物为Na2S2O8 和Pb(NO3)2,产物为PbO2,所以反应为 Pb2++ S2O82-+2H2O=PbO2↓+2SO42- +4H+
(2)①电解效果好即反应速率快,因素有温度、浓度、催化剂等,电解中只可能是催化剂的因素了,也就是说PbO2可以为电解的催化剂,加快反应速率;
②澄清效果好应考虑到过滤或胶体等的吸附作用,图像中获得电极中含有铝元素,电解时产生铝离子水解为氢氧化铝胶体,吸附污水中的悬浮物而沉淀,加速污水的澄清。