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(jìn)行電解，得到半導(dǎo)體材料Cu2O和一種清潔能源，則陽極反應(yīng)式為________，陰極反應(yīng)式為________。

(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)。

 

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單、能耗較低等優(yōu)點(diǎn)，其原理是使乙醛分別在陰、陽極發(fā)生反應(yīng)生成乙醇和乙酸，總反應(yīng)式為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________。電解過程中，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1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(chǎn)物為Cu2O，可得陽極反應(yīng)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?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－=

Fe2＋，正極(Cu)：O2＋2H2O＋4e－=4OH－。右半?yún)^(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(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均錯誤。

(3)①根據(jù)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(fù)極，通入CH4，在堿性條件下CH4的氧化產(chǎn)物為CO32—，由此可寫出此電極的電極反應(yīng)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(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。