Question

【題目】Pd/A12O3是常見的汽車尾氣催化劑。一種從廢Pd/A12O3納米催化劑(主要成分及含量：Pd0.3%，γ-A12O392.8%，其他雜質(zhì)6.0%)中回收金屬Pd的工藝：

已知：γ-Al2O3能與酸反應，α-A12O3不與酸反應。

回答下列問題：

(1)“預處理”時，γ-A12O3經(jīng)焙燒轉(zhuǎn)化為α-A12O3，該操作的主要目的是_________。

(2)“酸浸”時，Pd轉(zhuǎn)化為PdCl42-，其離子方程式為_________。

(3)“濾液①”和“濾液②”中都含有的主要溶質(zhì)有_________(填化學式)。

(4)“粗Pd”溶解時，可用稀HNO3替代NaClO3，但缺點是_________。兩者相比，_________(填化學式)的氧化效率更高(氧化效率以單位質(zhì)量得到的電子數(shù)表示)。

(5)“沉淀”時，[Pd(NH3)4]2+轉(zhuǎn)化為[Pd(NH3)2]Cl2沉淀，其化學方程式為_________。

(6)酸性條件下，BrO3-能在負載Pd/A12O3納米催化劑的電極表面快速轉(zhuǎn)化為Br-。

①發(fā)生上述轉(zhuǎn)化反應的電極應接電源的_________極(填“正”或“負”)；

②研究表明，電流密度越大，電催化效率越高；但當電流密度過大時，該電極會發(fā)生副反應生成_________填化學式)。

Answer 1

【答案】有利于Pd與Al2O3的分離 3Pd＋ClO3-＋6H+＋11Cl＝3PdCl42-＋3H2O AlCl3 對環(huán)境產(chǎn)生較大污染(或耗酸量大、或腐蝕性強、或氧化效率低) NaClO3 [Pd(NH3)4]Cl2＋2HCl＝[Pd(NH3)2]Cl2↓＋2NH4Cl 負 H2

【解析】

廢Pd/A12O3納米催化劑(主要成分及含量：Pd 0.3%，γ-A12O3 92.8%，其他雜質(zhì)6.0%)進行預處理，廢催化劑進行焙燒，使大量的γ-A12O3經(jīng)焙燒轉(zhuǎn)化為α-A12O3，處理后，加入足量鹽酸和NaClO3進行酸浸和氧化處理，Pd轉(zhuǎn)化為PdCl42-，γ-A12O3轉(zhuǎn)化為Al3+后過濾，發(fā)生的離子反應為：3Pd＋ClO3-＋6H+＋11Cl＝3PdCl42-＋3H2O，A12O3+6H+=2Al3++ 3H2O，α-A12O3不與酸反應，對酸浸后的溶液過濾，α-A12O3以濾渣的形式除去，得到含有PdCl42-、Al3+的濾液，向濾液中加入過量的Al單質(zhì)，將PdCl42-置換為Pb單質(zhì)，在進行過濾，得到主要含有Al3+、Cl-的濾液①，得到的固體主要含有Pb和過量的Al單質(zhì)，再加入鹽酸將過量的單質(zhì)Al除去，再次過濾，得到主要含有Al3+、Cl-、H+的濾液②和粗Pd，向粗Pd中再次加入鹽酸和NaClO3，將Pd溶解轉(zhuǎn)化為PdCl42-，向得到的溶液中加入氨水，將PdCl42-轉(zhuǎn)化為[Pd(NH3)4]2+，再加入鹽酸，使[Pd(NH3)4]2+轉(zhuǎn)化為[Pd(NH3)2]Cl2沉淀，過濾后，對[Pd(NH3)2]Cl2進行焙燒生成高純度的Pd單質(zhì)，據(jù)此分析解答。

(1)由于α-A12O3不與酸反應，“預處理”時，γ-A12O3經(jīng)焙燒轉(zhuǎn)化為α-A12O3，該操作的主要目的是將大量的A12O3在酸浸時以沉淀的形式除去，有利于Pd與Al2O3的分離；

(2)根據(jù)分析，“酸浸”時，Pd轉(zhuǎn)化為PdCl42-，其離子方程式為3Pd＋ClO3-＋6H+＋11Cl＝3PdCl42-＋3H2O；

(3)根據(jù)分析“濾液①”主要含有Al3+、Cl-，“濾液②”中主要含有Al3+、Cl-、H+，二者都含有的主要溶質(zhì)有AlCl3；

(4)“粗Pd”溶解時，可用稀HNO3替代NaClO3，但缺點是使用硝酸作氧化劑會生成氮氧化物，對環(huán)境產(chǎn)生較大污染(或耗酸量大、或腐蝕性強、或氧化效率低)；63g硝酸為1mol做氧化劑轉(zhuǎn)化為二氧化氮，轉(zhuǎn)移1mol電子，即1g硝酸參與反應得到mol≈0.016mol的電子，106.5g NaClO3為1mol，做氧化劑轉(zhuǎn)化為PdCl42-，轉(zhuǎn)移6mol電子，即1g NaClO3參與反應得到mol≈0.056mol電子，兩者相比，NaClO3的氧化效率更高。

(5)“沉淀”時，[Pd(NH3)4]2+轉(zhuǎn)化為[Pd(NH3)2]Cl2沉淀，其化學方程式為[Pd(NH3)4]Cl2＋2HCl＝[Pd(NH3)2]Cl2↓＋2NH4Cl；

(6) ①BrO3-能在負載Pd/A12O3納米催化劑的電極表面快速轉(zhuǎn)化為Br-，溴元素的化合價降低，得電子，發(fā)生還原反應，負載Pd/A12O3納米催化劑的電極作陰極，電解池的陰極與電源的負極相連；

②電流密度越大，電催化效率越高；酸性條件下，但當電流密度過大時，進入到陰極的電子過多，多余的電子來不及被BrO3-得到轉(zhuǎn)化為Br-，電解質(zhì)溶液中的氫離子會結(jié)合多余的電子，則出現(xiàn)電極副反應：H++2e-=H2↑。