Question

6．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命．
（1）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=2AlO₂^-+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（用离子方程式表示）HCO₃^-与H⁺反应使H⁺浓度减小，产生Al（OH）₃沉淀．
（2）芒硝化学式Na₂SO₄•10H₂O，无色晶体，易溶于水，是一种分布很广泛的硫酸盐矿物．该小组同学设想，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，用如图所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠，无论从节省能源还是从提高原料的利用率而言都更加符合绿色化学理念．
①该电解槽的阳极反应式为4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑．此时通过阴离子交换膜的离子数小于（填“大于”、“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数．
②制得的氢氧化钠溶液从出口（填写“A”、“B”、“C”或“D”）D导出．

Answer 1

分析 （1）①Al能与碱溶液反应生成氢气；碱洗槽液中的铝以偏铝酸盐形式存在，转化Al（OH）₃回收，应利用弱酸，防止Al（OH）₃溶解；
②阳极发生氧化反应，Al在阳极放电，由题意可知生成Al₂O₃，由元素守恒可知应有水参加反应，根据电荷守恒有氢离子生成；
废电解液中含有H⁺、少量Al³⁺，HCO₃^-与H⁺反应使H⁺浓度减小，产生Al（OH）₃沉淀；
（2）阳极发生氧化反应，水在阳极失去电子生成氧气与氢离子，阴极发生还原反应，水在阴极获得电子生成氢气与氢氧根离子，硫酸钠反应中硫酸根离子通过阴离子交换膜移向阳极室，会得到硫酸，钠离子通过阳离子交换膜移向阴极室，会得到NaOH，根据电荷守恒判断通过阴离子交换膜的离子数与通过阳离子交换膜的离子数关系．

解答 解：（1）①碱洗时常有气泡冒出，是因为铝能与强碱反应产生氢气，反应离子方程式为：2Al+2OH^-+2H₂O=2AlO₂^-+3H₂↑，碱洗槽液中的铝以偏铝酸盐形式存在，转化Al（OH）₃回收，应利用弱酸，防止Al（OH）₃溶解，可以向溶液中通入CO₂，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；b；
②阳极发生氧化反应，Al在阳极放电，由题意可知生成Al₂O₃，由元素守恒可知应有水参加反应，根据电荷守恒有氢离子生成，阳极电极反应式为：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；
（2）阳极发生氧化反应，水在阳极失去电子生成氧气与氢离子，阴极发生还原反应，水在阴极获得电子生成氢气与氢氧根离子，硫酸钠反应中硫酸根离子通过阴离子交换膜移向阳极室，会得到硫酸，钠离子通过阳离子交换膜移向阴极室，会得到NaOH．
①该电解槽的阳极反应式为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，硫酸根离子通过阴离子交换膜移向阳极室，钠离子通过阳离子交换膜移向阴极室，所以通过相同电量时，通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数．
故答案为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；小于；
②阴极室是放电生成氢气，同时得到NaOH，气体从上口C放出，则NaOH溶液从D口流出，
故答案为：D．

点评 本题考查化学工艺流程与电解原理应用，关键是明确原理，侧重考查学生信息获取与知识迁移应用能力，难度中等．