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單、電耗較低等優(yōu)點(diǎn),其原理是使乙醛分別在陰、陽極發(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)電解過程中,兩極除分別生成乙酸和乙醇外,均產(chǎn)生無色氣體。電極反應(yīng)如下:

陽極:①4OH^--4e^-====O₂↑+2H₂O

②                                                                 

陰極:①                                                             

②CH₃CHO+2e^-+2H₂O====CH₃CH₂OH+2OH^-

(3)電解過程中,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1 m³乙醛的含量為3 000 mg·L^-1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

(1)這是關(guān)于燃料電池電極的知識,燃料電池中一般還要用到助燃劑,一般為O₂(或空氣),而氧氣就作為電池的正極,加入的燃料比如甲烷之類的就從原電池的負(fù)極充入,本題中燃料電池中b極接電解池的陰極,也就是說b極應(yīng)是燃料電池的負(fù)極,所以b極應(yīng)通入甲烷氣體。

(2)這是電解池電極反應(yīng)式的寫法,按照電極放電順序,可知道這個(gè)電解實(shí)際上相當(dāng)于電解水,陽極:①4OH^--4e^-====O₂↑+2H₂O,那么陰極:①就是4H⁺+4e^-====

2H₂↑;陽極:②的電極反應(yīng)式就必須用總反應(yīng)2CH₃CHO+H₂O====CH₃CH₂OH+CH₃COOH減去陰極②CH₃CHO-2e^-+2H₂O====CH₃CH₂OH+2OH^-,但是要注意陰極要換成H⁺,所以陽極:②的電極反應(yīng)式為CH₃CHO-2e^-+H₂O====CH₃COOH+2H⁺。

(3)從以上(2)中談到的這個(gè)電解實(shí)際上是電解水,所以陰極區(qū)Na₂SO₄的物質(zhì)的量不變。

(4)題目給出了沸點(diǎn)不同,而且沸點(diǎn)相差比較大,很容易想到利用蒸餾方法分離。

(5)1 m³相當(dāng)于1 000 L,兩極區(qū)分別注入1 m³乙醛的含量為3 000 mg·L^-1的廢水,那么總共注入乙醛的量為2×1 000 L×3 000 mg·L^-1=6 000 000 mg=6 000 g=

6 kg,設(shè)可得到乙醇mkg,根據(jù)方程式計(jì)算:

2CH₃CHO+H₂OCH₃CH₂OH+CH₃COOH

    2×44          46

    6 kg×60%   mkg

解得m≈1.9

答案:(1)CH₄

(2)CH₃CHO-2e^-+H₂O====CH₃COOH+2H⁺

4H⁺+4e^-====2H₂↑或4H₂O+4e^-====2H₂↑+4OH^-(寫成“2H⁺+2e^-====H₂↑”也可)

(3)不變　(4)蒸餾　(5)1.9