Question

20．金屬的表面處理可以使金屬制品美觀耐用，我國2000多年前就已經(jīng)掌握化學(xué)鍍鉻即鉻鹽氧化處理技術(shù)，現(xiàn)代工業(yè)中常采用電鍍或化學(xué)鍍進(jìn)行金屬表面處理．請(qǐng)回答：
（l）化學(xué)鍍是借助合適的還原劑，使鍍液中金屬離子還原沉積到金屬表面．如化學(xué)鍍鎳是在酸性環(huán)境下以NaH₂PO₂為還原劑（氧化生成NaH₂PO₃）使Ni²⁺還原，其離子方程式為Ni²⁺+H₂PO₂^-+H₂O=Ni+H₂PO₃^-+2H⁺
（2）工業(yè)上進(jìn)行電鍍時(shí)，待鍍金屬作為陰極．電鍍鉻若采用Cr³⁺的簡(jiǎn)單水溶液，電鍍過程中陰極附近的pH與電鍍時(shí)間的關(guān)系如圖1，pH變化的原因是H⁺參與放電，上述過程的發(fā)生對(duì)鍍層產(chǎn)生的影響是鍍層變薄且不均勻．

（3）為防止上述過程發(fā)生，電鍍鉻可以在硫酸鹽溶液體系中進(jìn)行，圖2為硫酸鹽溶液中Cr³⁺的濃度對(duì)鍍層厚度和覆蓋范圍的影響，隨厚度增加，鍍層覆蓋范圍變化的原因可能是Cr³⁺濃度增加會(huì)使鍍層加厚，但濃度增加鉻晶粒變大使覆蓋范圍變�。�
（4）綜合考慮鍍層厚度及覆蓋范圍，電鍍鉻時(shí)溫度以30-40℃為佳，工業(yè)上控制反應(yīng)溫度的設(shè)備名稱為熱交換器；電鍍鉻的過程中陽極會(huì)產(chǎn)生部分Cr₂O₇²⁺，可以加入AB（填字母）除去．
A．H₂O₂   B．Na₂SO₃    C．FeSO₄
（5）工業(yè)采用含Cr³⁺為3.25g/L的電解液電鍍鉻，則溶液pH不能大于4．（已知：35℃時(shí)，K_w=2.0×10^-14，K_sp[Cr（OH）₃]=5.0×10-³¹）

Answer 1

分析 （1）化學(xué)鍍鎳是在酸性環(huán)境下以NaH₂PO₂為還原劑（氧化生成NaH₂PO₃）使Ni²⁺還原，還原產(chǎn)物是Ni，據(jù)此書寫離子反應(yīng)；
（2）在電鍍工業(yè)中，待鍍金屬做陰極，鍍層金屬做陽極，根據(jù)電鍍池中電極反應(yīng)式來回答；
（3）根據(jù)硫酸鹽溶液中Cr³⁺的濃度對(duì)鍍層厚度和覆蓋范圍的影響關(guān)系來分析原因；
（4）工業(yè)上控制反應(yīng)溫度的設(shè)備名稱為熱交換器，Cr₂O₇^2-具有很強(qiáng)的氧化性，可以和還原性的試劑之間發(fā)生反應(yīng)，但是不能引進(jìn)雜質(zhì)離子；
（5）根據(jù)K_sp[Cr（OH）₃]=5.0×10-³¹=c（Cr³⁺）•c³（OH^-）來計(jì)算氫氧根離子濃度，根據(jù)Kw=c（H⁺）•c（OH^-）來計(jì)算氫離子濃度，進(jìn)而計(jì)算pH．

解答 解：（1）根據(jù)信息：化學(xué)鍍鎳是在酸性環(huán)境下以NaH₂PO₂為還原劑（氧化生成NaH₂PO₃）使Ni²⁺還原，還原產(chǎn)物是Ni，結(jié)合氧化還原反應(yīng)知識(shí)，得到反應(yīng)為：Ni²⁺+H₂PO₂^-+H₂O=Ni+H₂PO₃^-+2H⁺；故答案為：Ni²⁺+H₂PO₂^-+H₂O=Ni+H₂PO₃^-+2H⁺；
（2）在電鍍工業(yè)中，待鍍金屬做陰極，鍍層金屬做陽極，根據(jù)電鍍過程中陰極附近的pH與電鍍時(shí)間的關(guān)系圖，可以看出由于H⁺參與放電，導(dǎo)致溶液pH的變化，在陰極上，應(yīng)該是金屬陽離子得電子析出金屬單質(zhì)的過程，由于氫離子參與放電，所以鍍層變薄且不均勻；故答案為：陰；H⁺參與放電；鍍層變薄且不均勻；
（3）根據(jù)硫酸鹽溶液中Cr³⁺的濃度對(duì)鍍層厚度和覆蓋范圍的影響關(guān)系，得到：Cr³⁺濃度增加會(huì)使鍍層加厚，但濃度增加鉻晶粒變大使覆蓋范圍變小，故答案為：Cr³⁺濃度增加會(huì)使鍍層加厚，但濃度增加鉻晶粒變大使覆蓋范圍變��；
（4）工業(yè)上控制反應(yīng)溫度的設(shè)備名稱為熱交換器；鍍鉻的過程中陽極會(huì)產(chǎn)生部分Cr₂O₇^2-，Cr₂O₇^2-具有很強(qiáng)的氧化性，可以和還原性雙氧水、亞硫酸鈉之間發(fā)生反應(yīng)，但是C選項(xiàng)的硫酸亞鐵會(huì)引進(jìn)雜質(zhì)離子，故選AB；
故答案為：熱交換器；AB；
（5）含Cr³⁺為3.25g/L的電解液中，Cr³⁺的濃度是$\frac{\frac{3.25g}{52g/mol}}{1L}$=0.0625mol/L，根據(jù)K_sp[Cr（OH）₃]=5.0×10^-31=c（Cr³⁺）•c³（OH^-），得到氫氧根離子濃度=$\root{3}{\frac{5.0×1{0}^{-31}}{0.0625}}$=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，故答案為：4．

點(diǎn)評(píng) 本題涉及電解池的工作原理以及應(yīng)用、難溶物的沉淀溶解平衡常數(shù)的計(jì)算等方面的知識(shí)，屬于綜合知識(shí)的考查，難度中等．