Question

20．金属的表面处理可以使金属制品美观耐用，我国2000多年前就已经掌握化学镀铬即铬盐氧化处理技术，现代工业中常采用电镀或化学镀进行金属表面处理．请回答：
（l）化学镀是借助合适的还原剂，使镀液中金属离子还原沉积到金属表面．如化学镀镍是在酸性环境下以NaH₂PO₂为还原剂（氧化生成NaH₂PO₃）使Ni²⁺还原，其离子方程式为Ni²⁺+H₂PO₂^-+H₂O=Ni+H₂PO₃^-+2H⁺
（2）工业上进行电镀时，待镀金属作为阴极．电镀铬若采用Cr³⁺的简单水溶液，电镀过程中阴极附近的pH与电镀时间的关系如图1，pH变化的原因是H⁺参与放电，上述过程的发生对镀层产生的影响是镀层变薄且不均匀．

（3）为防止上述过程发生，电镀铬可以在硫酸盐溶液体系中进行，图2为硫酸盐溶液中Cr³⁺的浓度对镀层厚度和覆盖范围的影响，随厚度增加，镀层覆盖范围变化的原因可能是Cr³⁺浓度增加会使镀层加厚，但浓度增加铬晶粒变大使覆盖范围变小．
（4）综合考虑镀层厚度及覆盖范围，电镀铬时温度以30-40℃为佳，工业上控制反应温度的设备名称为热交换器；电镀铬的过程中阳极会产生部分Cr₂O₇²⁺，可以加入AB（填字母）除去．
A．H₂O₂   B．Na₂SO₃    C．FeSO₄
（5）工业采用含Cr³⁺为3.25g/L的电解液电镀铬，则溶液pH不能大于4．（已知：35℃时，K_w=2.0×10^-14，K_sp[Cr（OH）₃]=5.0×10-³¹）

Answer 1

分析 （1）化学镀镍是在酸性环境下以NaH₂PO₂为还原剂（氧化生成NaH₂PO₃）使Ni²⁺还原，还原产物是Ni，据此书写离子反应；
（2）在电镀工业中，待镀金属做阴极，镀层金属做阳极，根据电镀池中电极反应式来回答；
（3）根据硫酸盐溶液中Cr³⁺的浓度对镀层厚度和覆盖范围的影响关系来分析原因；
（4）工业上控制反应温度的设备名称为热交换器，Cr₂O₇^2-具有很强的氧化性，可以和还原性的试剂之间发生反应，但是不能引进杂质离子；
（5）根据K_sp[Cr（OH）₃]=5.0×10-³¹=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）来计算氢氧根离子浓度，根据Kw=c（H⁺）•c（OH^-）来计算氢离子浓度，进而计算pH．

解答 解：（1）根据信息：化学镀镍是在酸性环境下以NaH₂PO₂为还原剂（氧化生成NaH₂PO₃）使Ni²⁺还原，还原产物是Ni，结合氧化还原反应知识，得到反应为：Ni²⁺+H₂PO₂^-+H₂O=Ni+H₂PO₃^-+2H⁺；故答案为：Ni²⁺+H₂PO₂^-+H₂O=Ni+H₂PO₃^-+2H⁺；
（2）在电镀工业中，待镀金属做阴极，镀层金属做阳极，根据电镀过程中阴极附近的pH与电镀时间的关系图，可以看出由于H⁺参与放电，导致溶液pH的变化，在阴极上，应该是金属阳离子得电子析出金属单质的过程，由于氢离子参与放电，所以镀层变薄且不均匀；故答案为：阴；H⁺参与放电；镀层变薄且不均匀；
（3）根据硫酸盐溶液中Cr³⁺的浓度对镀层厚度和覆盖范围的影响关系，得到：Cr³⁺浓度增加会使镀层加厚，但浓度增加铬晶粒变大使覆盖范围变小，故答案为：Cr³⁺浓度增加会使镀层加厚，但浓度增加铬晶粒变大使覆盖范围变小；
（4）工业上控制反应温度的设备名称为热交换器；镀铬的过程中阳极会产生部分Cr₂O₇^2-，Cr₂O₇^2-具有很强的氧化性，可以和还原性双氧水、亚硫酸钠之间发生反应，但是C选项的硫酸亚铁会引进杂质离子，故选AB；
故答案为：热交换器；AB；
（5）含Cr³⁺为3.25g/L的电解液中，Cr³⁺的浓度是$\frac{\frac{3.25g}{52g/mol}}{1L}$=0.0625mol/L，根据K_sp[Cr（OH）₃]=5.0×10^-31=c（Cr³⁺）•c³（OH^-），得到氢氧根离子浓度=$\root{3}{\frac{5.0×1{0}^{-31}}{0.0625}}$=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，故答案为：4．

点评 本题涉及电解池的工作原理以及应用、难溶物的沉淀溶解平衡常数的计算等方面的知识，属于综合知识的考查，难度中等．