Question

最新研究發現，用隔膜電解法處理高濃度乙醛廢水具有工藝流程簡單、電耗較低等優點，其原理是使乙醛分別在陰、陽極發生反應，轉化為乙醇和乙酸，總反應為：2CH₃CHO+H₂O→CH₃CH₂OH+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極應通入

 

（填化學式）氣體．
（2）電解過程中，兩極除分別生成乙酸和乙醇外，均產生無色氣體．電極反應如下：
陽極：①4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O②

 

陰極：①

 

②CH₃CHO+2e^-+2H₂O═CH₃CH₂OH+2OH^-
（3）電解過程中，陰極區Na₂SO₄的物質的量

 

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）已知：乙醛、乙醇的沸點分別為20.8℃、78.4℃．從電解后陰極區的溶液中分離出乙醇粗品的方法是

 

．
（5）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1m³乙醛的含量為3000mg/L的廢水，可得到乙醇

 

kg（計算結果保留小數點后1位）．

Answer 1

分析：（1）連接電解池陰極的是原電池負極，燃料電池負極上投放燃料，燃料失電子發生氧化反應；
（2）陽極上失電子發生氧化反應，陰極上得電子發生還原反應；
（3）陰極上氫離子和乙醛放電，根據溶液中硫酸鈉是否放電判斷其物質的量是否變化；
（4）分離沸點不同且互溶的液體采用蒸餾的方法；
（5）先根據廢水的質量、乙醛的去除率計算去除乙醛的質量，再根據乙醛和乙醇的關系式計算生成乙醇的質量．

解答：解：（1）連接電解池陰極的是原電池負極，負極上燃料失電子發生氧化反應，該燃料電池中燃料是甲烷，所以b電極上投放的是CH₄，故答案為：CH₄；
（2）電解過程中，陽極上失電子發生氧化反應，陰極上得電子發生還原反應，所以陽極上乙醛和氫氧根離子放電，所以除了氫氧根離子失電子外，乙醛失電子發生氧化反應，電極反應式為CH₃CHO-2e^-+H₂O=CH₃COOH+2H⁺；陰極上得電子，得電子的微粒有氫離子和乙醛，氫離子得電子生成氫氣，電極反應式為4H⁺+4e^-=2H₂↑，
故答案為：CH₃CHO-2e^-+H₂O=CH₃COOH+2H⁺；4H⁺+4e^-=2H₂↑；
（3）陰極上氫離子和乙醛放電，所以陰極附近硫酸鈉的物質的量不變，故答案為：不變；
（4）分離沸點不同且互溶的液體采用蒸餾的方法，故答案為：蒸餾；
（5）若在兩極區分別注入1m³乙醛的含量為3000mg/L的廢水，陰極區乙醛的去除率可達60%，陰極區乙醛去除的質量=3000mg/L×10⁶L×60%×2=1.8×10⁶ g=3.6×10³Kg．
設生成乙醇的質量是x．
2CH₃CHO+H₂O→CH₃CH₂OH+CH₃COOH
2×44          46
3.6×10³Kg     x
x=1.9×10³Kg，
故答案為：1.9×10³Kg．

點評：本題考查了原電池和電解池的原理，難度不大，注意燃料電池電極反應式的書寫要結合電解質溶液，燃料和氧化劑相同，如果電解質溶液不同，電極反應式不同，如氫氧燃料電池，如果電解質溶液是酸性或堿性，電極反應式則不同．