Question

最新研究發(fā)現(xiàn)，用隔膜電解法處理高濃度乙醛廢水具有工藝流程簡(jiǎn)單、電耗較低等優(yōu)點(diǎn)，其原理是使乙醛分別在陰、陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為乙醇和乙酸，總反應(yīng)為：2CH₃CHO+H₂O→CH₃CH₂OH+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，其裝置示意圖如圖所示．
（1）若以甲烷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）氣體．
（2）電解過(guò)程中，兩極除分別生成乙酸和乙醇外，均產(chǎn)生無(wú)色氣體．電極反應(yīng)如下：
陽(yáng)極：①4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O②

 

陰極：①

 

②CH₃CHO+2e^-+2H₂O═CH₃CH₂OH+2OH^-
（3）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”）．
（4）已知：乙醛、乙醇的沸點(diǎn)分別為20.8℃、78.4℃．從電解后陰極區(qū)的溶液中分離出乙醇粗品的方法是

 

．
（5）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1m³乙醛的含量為3000mg/L的廢水，可得到乙醇

 

kg（計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后1位）．

Answer 1

分析：（1）連接電解池陰極的是原電池負(fù)極，燃料電池負(fù)極上投放燃料，燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；
（2）陽(yáng)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；
（3）陰極上氫離子和乙醛放電，根據(jù)溶液中硫酸鈉是否放電判斷其物質(zhì)的量是否變化；
（4）分離沸點(diǎn)不同且互溶的液體采用蒸餾的方法；
（5）先根據(jù)廢水的質(zhì)量、乙醛的去除率計(jì)算去除乙醛的質(zhì)量，再根據(jù)乙醛和乙醇的關(guān)系式計(jì)算生成乙醇的質(zhì)量．

解答：解：（1）連接電解池陰極的是原電池負(fù)極，負(fù)極上燃料失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，該燃料電池中燃料是甲烷，所以b電極上投放的是CH₄，故答案為：CH₄；
（2）電解過(guò)程中，陽(yáng)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以陽(yáng)極上乙醛和氫氧根離子放電，所以除了氫氧根離子失電子外，乙醛失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CH₃CHO-2e^-+H₂O=CH₃COOH+2H⁺；陰極上得電子，得電子的微粒有氫離子和乙醛，氫離子得電子生成氫氣，電極反應(yīng)式為4H⁺+4e^-=2H₂↑，
故答案為：CH₃CHO-2e^-+H₂O=CH₃COOH+2H⁺；4H⁺+4e^-=2H₂↑；
（3）陰極上氫離子和乙醛放電，所以陰極附近硫酸鈉的物質(zhì)的量不變，故答案為：不變；
（4）分離沸點(diǎn)不同且互溶的液體采用蒸餾的方法，故答案為：蒸餾；
（5）若在兩極區(qū)分別注入1m³乙醛的含量為3000mg/L的廢水，陰極區(qū)乙醛的去除率可達(dá)60%，陰極區(qū)乙醛去除的質(zhì)量=3000mg/L×10⁶L×60%×2=1.8×10⁶ g=3.6×10³Kg．
設(shè)生成乙醇的質(zhì)量是x．
2CH₃CHO+H₂O→CH₃CH₂OH+CH₃COOH
2×44          46
3.6×10³Kg     x
x=1.9×10³Kg，
故答案為：1.9×10³Kg．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了原電池和電解池的原理，難度不大，注意燃料電池電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)要結(jié)合電解質(zhì)溶液，燃料和氧化劑相同，如果電解質(zhì)溶液不同，電極反應(yīng)式不同，如氫氧燃料電池，如果電解質(zhì)溶液是酸性或堿性，電極反應(yīng)式則不同．