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、電解陽極發生反應，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↑+2H₂O
②______
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）電解過程中，某時刻測定了陽極區溶液中各組分的物質的量，其中Na₂SO₄與CH₃COOH的物質的量相同．下列關于陽極區溶液中各微粒濃度關系的說法正確的是______（填字母序號）．
a．c（Na⁺）不一定是c（SO₄^2-）的2倍
b．c（Na⁺）=2c（CH₃COOH）+2c（CH₃COO^-）
c．c（Na⁺）+c（H⁺）=c（SO₄^2-）+c（CH₃COO^-）+c（OH^-）
d．c（Na⁺）＞c（CH₃COOH）＞c（CH₃COO^-）＞c（OH^-）
（5）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______．
（6）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

（1）b為原電池的負極，發生氧化反應，應通入CH₄，故答案為：CH₄；
（2）陽極發生氧化反應，生成乙酸和氧氣，電極反應為CH₃CHO-2e^-+H₂O═CH₃COOH+2H⁺，陰極發生還原反應，生成乙醇和氫氣，電極反應為4H⁺+4e^-═2H₂↑或4H₂O+4e^-═2H₂↑+4OH^-，
故答案為：CH₃CHO-2e^-+H₂O═CH₃COOH+2H⁺；4H⁺+4e^-═2H₂↑或4H₂O+4e^-═2H₂↑+4OH^-；
（3）硫酸鈉不參與電解反應，物質的量不變，故答案為：不變；
（4）a．鈉離子經過陽離子離子交換膜進入陰極，而硫酸根離子不能經過陽離子交換膜，則c（Na⁺）不一定是c（SO₄^2-）的2倍，故a正確；
b．Na₂SO₄與CH₃COOH的物質的量相同，則有c（Na⁺）=2c（CH₃COOH）+2c（CH₃COO^-），故b正確；
c．電荷不守恒，應為c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（CH₃COO^-）+c（OH^-），故c錯誤；
d．醋酸為弱電解質，主要以分子形成存在，則有c（Na⁺）＞c（CH₃COOH）＞c（CH₃COO^-）＞c（OH^-），故d正確．
故答案為：abd；
（5）乙醛、乙醇的沸點的沸點不同，且相差較大，可用蒸餾的方法分離，故答案為：蒸餾；
（6）廢水中乙醛的質量為1m³×3kg/m³=3kg，乙醛的去除率為60%，則反應的乙醛為1.8kg，
CH₃CHO+2e^-+2H₂O═CH₃CH₂OH+2OH^-
44               46
1.8kg            x
x=1.9kg，
故答案為：1.9．