Question

電解是最強(qiáng)有力的氧化還原手段，在化工生產(chǎn)中有著重要的應(yīng)用。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
(1)以銅為陽(yáng)極，以石墨為陰極，用NaCl溶液作電解液進(jìn)行電解，得到半導(dǎo)體材料Cu₂O和一種清潔能源，則陽(yáng)極反應(yīng)式為_(kāi)_______，陰極反應(yīng)式為_(kāi)_______。
(2)某同學(xué)設(shè)計(jì)如圖所示的裝置探究金屬的腐蝕情況。下列判斷合理的是
_______(填序號(hào))。

a．②區(qū)銅片上有氣泡產(chǎn)生
b．③區(qū)鐵片的電極反應(yīng)式為2Cl^－－2e^－=Cl₂↑
c．最先觀察到變成紅色的區(qū)域是②區(qū)
d．②區(qū)和④區(qū)中銅片的質(zhì)量均不發(fā)生變化
(3)最新研究發(fā)現(xiàn)，用隔膜電解法處理高濃度乙醛廢水的工藝具有流程簡(jiǎn)單、能耗較低等優(yōu)點(diǎn)，其原理是使乙醛分別在陰、陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)生成乙醇和乙酸，總反應(yīng)式為2CH₃CHO＋H₂OCH₃CH₂OH＋CH₃COOH

實(shí)驗(yàn)室中，以一定濃度的乙醛－Na₂SO₄溶液為電解質(zhì)溶液，模擬乙醛廢水的處理過(guò)程，其裝置如圖所示。
①若以甲烷堿性燃料電池為直流電源，則燃料電池中b極應(yīng)通入________(填化學(xué)式)，電極反應(yīng)式為_(kāi)_______。電解過(guò)程中，陰極區(qū)Na₂SO₄的物質(zhì)的量________(填“增大”、“減小”或“不變”)。
②在實(shí)際工藝處理中，陰極區(qū)乙醛的去除率可達(dá)60%。若在兩極區(qū)分別注入1 m³乙醛含量為3 000 mg/L的廢水，可得到乙醇________kg(計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位)。

Answer 1

(1)2Cu＋H₂O－2e^－=Cu₂O＋2H^＋　2H^＋＋2e^－=H₂↑　(2)d　(3)①CH₄　CH₄－8e^－＋10OH^－=＋7H₂O　不變　②1.9

(1)由于陽(yáng)極材料為銅，所以銅本身失電子被氧化，由題意知氧化產(chǎn)物為Cu₂O，可得陽(yáng)極反應(yīng)式為2Cu＋H₂O－2e^－=Cu₂O＋2H^＋，陰極上陽(yáng)離子放電，即溶液中H^＋被還原成清潔能源H₂。
(2)左半?yún)^(qū)是原電池裝置，發(fā)生的是鐵的吸氧腐蝕，負(fù)極(Fe)：Fe－2e^－=Fe^2＋，正極(Cu)：O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^－。右半?yún)^(qū)是電解裝置，陽(yáng)極(Fe)：Fe－2e^－=Fe^2＋，陰極(Cu)：2H^＋＋2e^－=H₂↑，由于電解引起腐蝕的速率遠(yuǎn)大于吸氧腐蝕的速率，因此最先觀察到變成紅色的區(qū)域是④區(qū)，故選項(xiàng)a、b、c均錯(cuò)誤。
(3)①根據(jù)電解液中陽(yáng)離子的遷移方向，可知c為陽(yáng)極，d為陰極，因此直流電源上a為正極，通入O₂，b為負(fù)極，通入CH₄，在堿性條件下CH₄的氧化產(chǎn)物為，由此可寫(xiě)出此電極的電極反應(yīng)式。在電解過(guò)程中，由于沒(méi)有參與放電，且陽(yáng)離子交換膜不允許陰離子自由通過(guò)，因此根據(jù)質(zhì)量守恒可得陰極區(qū)Na₂SO₄的物質(zhì)的量不變。
②陰極區(qū)發(fā)生還原反應(yīng)，即CH₃CHO轉(zhuǎn)化成CH₃CH₂OH，設(shè)生成的乙醇為x kg，根據(jù)碳原子守恒可得關(guān)系式：
CH₃CHO　　　　～　　　CH₃CH₂OH
　44 　　                   46
　3 000×10³÷10⁶×60%    　　x
解得x≈1.9。