Question

Pd/A1₂O₃是常见的汽车尾气催化剂。一种从废Pd/A1₂O₃纳米催化剂(主要成分及含量：Pd0.3%，γ-A1₂O₃92.8%，其他杂质6.0%)中回收金属Pd的工艺：

已知：γ-Al₂O₃能与酸反应，α-A1₂O₃不与酸反应。

回答下列问题：

(1)“预处理”时，γ-A1₂O₃经焙烧转化为α-A1₂O₃，该操作的主要目的是_________。

(2)“酸浸”时，Pd转化为PdCl₄^2-，其离子方程式为_________。

(3)“滤液①”和“滤液②”中都含有的主要溶质有_________(填化学式)。

(4)“粗Pd”溶解时，可用稀HNO₃替代NaClO₃，但缺点是_________。两者相比，_________(填化学式)的氧化效率更高(氧化效率以单位质量得到的电子数表示)。

(5)“沉淀”时，[Pd(NH₃)₄]²⁺转化为[Pd(NH₃)₂]Cl₂沉淀，其化学方程式为_________。

(6)酸性条件下，BrO₃^-能在负载Pd/A1₂O₃纳米催化剂的电极表面快速转化为Br^-。

①发生上述转化反应的电极应接电源的_________极(填“正”或“负”)；

②研究表明，电流密度越大，电催化效率越高；但当电流密度过大时，该电极会发生副反应生成_________填化学式)。

Answer

有利于Pd与Al2O3的分离 3Pd＋ClO3-＋6H+＋11Cl＝3PdCl42-＋3H2O AlCl3 对环境产生较大污染(或耗酸量大、或腐蚀性强、或氧化效率低) NaClO3 [Pd(NH3)4]Cl2＋2HCl＝[Pd(NH3)2]Cl2↓＋2NH4Cl 负 H2

【解析】

废Pd/A12O3纳米催化剂(主要成分及含量：Pd 0.3%，γ-A12O3 92.8%，其他杂质6.0%)进行预处理，废催化剂进行焙烧，使大量的γ-A12O3经焙烧转化为α-A12O3，处理后，加入足量盐酸和NaClO3进行酸浸和氧化处理，Pd转化为PdCl42-，γ-A12O3转化为Al3+后过滤，发生的离子反应为：3Pd＋ClO3-＋6H+＋11Cl＝3PdCl42-＋3H2O，A12O3+6H+=2Al3++ 3H2O，α-A12O3不与酸反应，对酸浸后的溶液过滤，α-A12O3以滤渣的形式除去，得到含有PdCl42-、Al3+的滤液，向滤液中加入过量的Al单质，将PdCl42-置换为Pb单质，在进行过滤，得到主要含有Al3+、Cl-的滤液①，得到的固体主要含有Pb和过量的Al单质，再加入盐酸将过量的单质Al除去，再次过滤，得到主要含有Al3+、Cl-、H+的滤液②和粗Pd，向粗Pd中再次加入盐酸和NaClO3，将Pd溶解转化为PdCl42-，向得到的溶液中加入氨水，将PdCl42-转化为[Pd(NH3)4]2+，再加入盐酸，使[Pd(NH3)4]2+转化为[Pd(NH3)2]Cl2沉淀，过滤后，对[Pd(NH3)2]Cl2进行焙烧生成高纯度的Pd单质，据此分析解答。

(1)由于α-A12O3不与酸反应，“预处理”时，γ-A12O3经焙烧转化为α-A12O3，该操作的主要目的是将大量的A12O3在酸浸时以沉淀的形式除去，有利于Pd与Al2O3的分离；

(2)根据分析，“酸浸”时，Pd转化为PdCl42-，其离子方程式为3Pd＋ClO3-＋6H+＋11Cl＝3PdCl42-＋3H2O；

(3)根据分析“滤液①”主要含有Al3+、Cl-，“滤液②”中主要含有Al3+、Cl-、H+，二者都含有的主要溶质有AlCl3；

(4)“粗Pd”溶解时，可用稀HNO3替代NaClO3，但缺点是使用硝酸作氧化剂会生成氮氧化物，对环境产生较大污染(或耗酸量大、或腐蚀性强、或氧化效率低)；63g硝酸为1mol做氧化剂转化为二氧化氮，转移1mol电子，即1g硝酸参与反应得到mol≈0.016mol的电子，106.5g NaClO3为1mol，做氧化剂转化为PdCl42-，转移6mol电子，即1g NaClO3参与反应得到mol≈0.056mol电子，两者相比，NaClO3的氧化效率更高。

(5)“沉淀”时，[Pd(NH3)4]2+转化为[Pd(NH3)2]Cl2沉淀，其化学方程式为[Pd(NH3)4]Cl2＋2HCl＝[Pd(NH3)2]Cl2↓＋2NH4Cl；

(6) ①BrO3-能在负载Pd/A12O3纳米催化剂的电极表面快速转化为Br-，溴元素的化合价降低，得电子，发生还原反应，负载Pd/A12O3纳米催化剂的电极作阴极，电解池的阴极与电源的负极相连；

②电流密度越大，电催化效率越高；酸性条件下，但当电流密度过大时，进入到阴极的电子过多，多余的电子来不及被BrO3-得到转化为Br-，电解质溶液中的氢离子会结合多余的电子，则出现电极副反应：H++2e-=H2↑。