Question

8．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命．
（1）图1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═2AlO₂^-+3H₂↑
（用离子方程式表示）．为将碱洗槽液中铝以沉淀形式回收，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，产生沉淀的原因是因为Al³⁺和HCO₃^-发生了双水解，Al³⁺+3HCO₃^-═Al（OH）₃↓+CO₂↑．
（2）科研、生产中常涉及钠、硫及其化合物．
①如图2为钠硫高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320℃左右，电池反应为2Na+xS=Na₂Sx，正极的电极反应式为xS+2e^-=S_x^2-（或2Na⁺+xS+2e^-=Na₂S_x）．M（由Na₂O和Al₂O₃制得）的两个作用是．与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的4.5倍．
②Na₂S溶液中离子浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞c（H⁺），向该溶液中加入少量固体CuSO₄，溶液pH减小（填“增大”“减小”或“不变”），Na₂S溶液长期放置有硫析出，原因为2S^2-+O₂+2H₂O=2S↓+4OH^-（用离子方程式表示）．

Answer 1

分析 （1）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；
（2）①原电池正极发生得电子的还原反应，结合原电池的构成条件和题意实际情况来分析M的作用，根据铅蓄电池的工作原理和钠硫高能电池的工作原理来回答；
②根据盐的电离和离子的水解知识来比较离子浓度大小，根据加入硫酸铜后所发生的反应情况来判断pH的变化，根据硫离子的强还原性来回答．

解答 解：（1）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═2AlO₂^-+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．3HCO₃^-+Al³⁺=3CO₂↑+Al（OH）₃↓；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⁺；因为Al³⁺和HCO₃^-发生了双水解，Al³⁺+3HCO₃^-═Al（OH）₃↓+CO₂↑；
（2）①原电池正极发生得电子的还原反应，在反应2Na+xS=Na₂S_x中，硫单质得电子，故正极反应为：xS+2e^-=S_x^2-（或2Na⁺+xS+2e^-=Na₂S_x），M作为电解质的同时又将钠和硫隔开，与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质铅和钠时，铅成为铅离子时转移电子的物质的量是钠成为钠离子时转移的电子的物质的量的4.5倍，即钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池4.5倍，故答案为：xS+2e^-=S_x^2-（或2Na⁺+xS+2e^-=Na₂S_x）、离子导电（导电或电解质）和隔离钠与硫、4.5；
②硫化钠电离出的离子有钠离子和硫离子，理论上钠离子浓度是硫离子的2倍，故c（Na⁺）＞c（S^2-），但少量的硫离子水解，第一步水解强于第二步，两步水解均生成氢氧根，故c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-），溶液显碱性，故氢离子浓度最小，加硫酸铜后，溶液由碱性硫化钠溶液变为中性硫酸钠溶液，故pH 减小，
硫离子有很强还原性，很容易被空气氧化，反应方程式为：2S^2-+O₂+2H₂O=2S↓+4OH^-，
故答案为：c（Na⁺）＞c（S^2-）＞c（OH^-）＞c（HS^-）＞c（H⁺）；减小；2S^2-+O₂+2H₂O=2S↓+4OH^-．

点评 本题考查制备实验方案的设计，为高频考点，把握制备流程中的反应及混合物分离方法为解答的关键，注意氧化还原反应、电化学反应原理的应用，综合性较强，题目难度中等．