Question

20．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命．
（1）利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护．

若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于N处．若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为牺牲阳极保护法（或牺牲阳极的阴极保护法）．
（2）以下为铝材表面处理的一种方法：
①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO+3H₂↑ （用离子方程式表示）．
为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的b．
a．NH₃       b．CO₂        c．NaOH         d．HNO₃
②以铝材为阳极，在H₂SO₄溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为
2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺．
取少量废电解液，加入NaHCO₃溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是
HCO₃^-与H⁺反应使H⁺浓度减小，产生Al（OH）₃沉淀．
（3）镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时阳极材料为纯铜，用铜而不用石墨作阳极的原因是补充溶液中消耗的Cu²⁺，保持溶液中Cu²⁺浓度恒定．

Answer 1

分析 （1）根据金属的防护，若K置于N处，必须让被保护的金属接电源负极；若开关K置于M处，形成原电池，锌作负极，为牺牲阳极保护法（或牺牲阳极的阴极保护法）；
（2）①有气泡冒出因2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；因碱洗槽液中有AlO₂^-，故应通入CO₂来回收Al（OH）₃，发生反应2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或
CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀还会继续溶解；
②铝为阳极，会发生氧化反应，表面形成氧化膜，必须有水参加，所以电极反应式为：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；HCO₃^-与H⁺反应使H⁺浓度减小，产生Al（OH）₃沉淀；
（3）用纯铜作电极可及时补充电镀液中消耗的Cu²⁺，保持其浓度恒定．

解答 解：（1）金属的防护有牺牲阳极保法和外加电源阴极保护法，若K置于N处，必须让被保护的金属接电源负极；若开关K置于M处，形成原电池，锌作负极，为牺牲阳极保护法（或牺牲阳极的阴极保护法），
故答案为：N；牺牲阳极保护法（或牺牲阳极的阴极保护法）；
（2）①铝能与强碱反应产生氢气，Al（OH）₃具有两性，既能与强碱反应也能与强酸反应生成盐和水，碱洗槽液中有AlO₂^-，故应通入CO₂来回收Al（OH）₃，发生反应2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀还会继续溶解，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO+3H₂↑；b；
②铝为阳极，会发生氧化反应，表面形成氧化膜，必须有水参加，所以电极反应式为：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；加入NaHCO₃溶液后产生气泡和白色沉淀，是由于废电解液中含有Al³⁺，和HCO₃^-发生了互促水解．或HCO₃^-与H⁺反应使H⁺浓度减小，产生Al（OH）₃沉淀，
故答案为：2Al+3H₂O-6e^-═Al₂O₃+6H⁺；HCO₃^-与H⁺反应使H⁺浓度减小，产生Al（OH）₃沉淀；
（3）电镀铜时用纯铜做阳极，阳极上铜被氧化，电解质溶液浓度不变，用铜作电极可及时补充电镀液中消耗的Cu²⁺，保持其浓度恒定，采用石墨无法补充Cu²⁺，
故答案为：纯铜；阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu²⁺，补充溶液中消耗的Cu²⁺，保持溶液中Cu²⁺的浓度恒定．

点评 本题考查了原电池工作原理、电解原理的综合应用，题目难度中等，明确实验目的及实验原理为解答关键，注意熟练掌握原电池、电解池工作原理，试题培养了学生的分析能力及灵活应用能力．