Question

15．電浮選凝聚法是工業上采用的一種污水處理方法：保持污水的pH在5.0～6.0之間，通過電解生成Fe（OH）₃沉淀．Fe（OH）₃有吸附性，可吸附污物而沉積下來，具有凈化水的作用．陰極產生的氣泡把污水中懸浮物帶到水面形成浮渣層，刮去（或撇掉）浮渣層，即起到了浮選凈化的作用．某科研小組用電浮選凝聚法處理污水，設計裝置示意圖，如圖所示．下列說法正確的是（　　）

• A． 該燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質，CH₄為燃料，空氣為氧化劑，則負極的電極反應是CH₄+4CO₃^2--8e^-═5CO₂+2H₂O
• B． 實驗時若污水中離子濃度較小，導電能力較差，產生氣泡速率緩慢，無法使懸浮物形成浮渣，此時，可以向污水中加入適量的稀H₂SO₄
• C． 實驗過程中，若陰極產生2mol氣體，則燃料電池消耗11.2L CH₄
• D． 為了使該電池長時間穩定運行，電池的電解質組成應保持穩定，電池工作時必須有部分A參加循環，則A物質是CO₃^2-

Answer 1

分析 燃料電池中，正極發生的反應是氧氣得電子被還原的過程，負極發生的反應是燃料失電子被氧化的過程；電池是以熔融碳酸鹽為電解質，可以循環利用的物質只有二氧化碳，甲烷燃料電池中，負極發生的反應是甲烷失電子被氧化的過程，電極反應式為CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，所以電解時鐵作陽極，因此主要發生Fe-2e^-=Fe²⁺，陰極上氫離子得電子生成氫氣，據此進行分析．

解答 解：燃料電池中，正極發生的反應是氧氣得電子被還原的過程，負極發生的反應是燃料失電子被氧化的過程；電池是以熔融碳酸鹽為電解質，可以循環利用的物質只有二氧化碳，甲烷燃料電池中，負極發生的反應是甲烷失電子被氧化的過程，電極反應式為CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，所以電解時鐵作陽極，因此主要發生Fe-2e^-=Fe²⁺，陰極上氫離子得電子生成氫氣，
A．甲烷燃料電池中，負極發生的反應是甲烷失電子被氧化的過程，電極反應式為：CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，故A正確；
B．沉降的原理是堿性環境下，讓鐵離子沉淀，若加入硫酸，則鐵離子不會產生沉淀，無法達到實驗目的，故B錯誤；
C．電解時陰極反應式為2H⁺+2e^-=H₂↑，產生4.48 L氣體為標準狀況下時，轉移電子數為0.2mol，甲烷燃料電池中，負極發生的反應是甲烷失電子被氧化的過程，電極反應式為CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，則燃料電池消耗甲烷體積為：$\frac{0.2}{8}$×22.4L=0.56L，故C錯誤；
D．電池是以熔融碳酸鹽為電解質，可以循環利用的物質只有二氧化碳，使該燃料電池長時間穩定運行，電池工作時必須  有部分A物質參加循環．A物質是CO₂，故D錯誤；
故選A．

點評 本題考查原電池和電解池工作原理，較為綜合，題目難度中等，做題時注意利用守恒的思考去解答，同時注意電極反應式的書寫方法，試題培養了學生的分析能力及靈活應用能力．