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區銅片上有氣泡產生

b．③區鐵片的電極反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑

c．最先觀察到變成紅色的區域是②區

d．②區和④區中銅片的質量均不發生變化

（3）最新研究發現，用隔膜電解法處理高濃度乙醛廢水的工藝具有流程簡單、能耗較低等優點，其原理是使乙醛分別在陰、陽極發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，陰極區乙醛的去除率可達60%。若在兩極區分別注入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。

（2）左半區是原電池裝置，發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域是④區，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CO，由此可寫出此電極的電極反應式。在電解過程中，由于SO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Na2SO4的物質的量不變。②陰極區發生還原反應，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。