Question

電解是最強有力的氧化還原手段，在化工生產中有著重要的應用。請回答下列問題：

(1)以銅為陽極，以石墨為陰極，用NaCl溶液作電解液進行電解，得到半導體材料Cu2O和一種清潔能源，則陽極反應式為__________________，陰極反應式為________。

(2)某同學設計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)。

 

a．②區(qū)銅片上有氣泡產生

b．③區(qū)鐵片的電極反應式為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)中銅片的質量均不發(fā)生變化

(3)最新研究發(fā)現，用隔膜電解法處理高濃度乙醛廢水的工藝具有流程簡單、能耗較低等優(yōu)點，其原理是使乙醛分別在陰、陽極發(fā)生反應生成乙醇和乙酸，總反應式為2CH3CHO＋H2OCH3CH2OH＋CH3COOH

實驗室中，以一定濃度的乙醛?Na2SO4溶液為電解質溶液，模擬乙醛廢水的處理過程，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極應通入__________(填化學式)，電極反應式為____________________。電解過程中，陰極區(qū)Na2SO4的物質的量________(填“增大”、“減小”或“不變”)。

②在實際工藝處理中，陰極區(qū)乙醛的去除率可達60%。若在兩極區(qū)分別注入1 m3乙醛含量為3 000 mg·L－1的廢水，可得到乙醇________kg(計算結果保留小數點后一位)。

 

Answer 1

　(1)2Cu＋H2O－2e－===Cu2O＋2H＋　2H＋＋2e－===H2↑　(2)d　(3)①CH4　CH4－8e＋＋10OH－===CO32—＋7H2O　不變　②1.9

【解析】　(1)由于陽極材料為銅，所以銅本身失電子被氧化，由題意知氧化產物為Cu2O，可得陽極反應式為2Cu＋H2O－2e－===Cu2O＋2H＋，陰極上陽離子放電，即溶液中H＋被還原成清潔能源H2。

左半區(qū)是原電池裝置，發(fā)生的是鐵的吸氧腐蝕，負極(Fe)：Fe－2e－===

Fe2＋，正極(Cu)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。右半區(qū)是電解裝置，陽極(Fe)：Fe－2e－===Fe2＋，陰極(Cu)：2H＋＋2e－===H2↑，由于電解引起腐蝕的速率遠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a、b、c均錯誤。

(3)①根據電解液中陽離子的遷移方向，可知c為陽極，d為陰極，因此直流電源上a為正極，通入O2，b為負極，通入CH4，在堿性條件下CH4的氧化產物為CO32—，由此可寫出此電極的電極反應式。在電解過程中，由于SO42—沒有參與放電，且陽離子交換膜不允許陰離子自由通過，因此根據質量守恒可得陰極區(qū)Na2SO4的物質的量不變。②陰極區(qū)發(fā)生還原反應，即CH3CHO轉化成CH3CH2OH，設生成的乙醇為x kg，根據碳原子守恒可得關系式：

CH3CHO　　　　～　　　　CH3CH2OH

　44 46

3 000×103÷106×60% x

解得x≈1.9。