Question

1．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．
（1）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，應向污水中加入適量的c．
a．H₂SO₄     b．BaSO₄     c．Na₂SO₄       d．NaOH     e．CH₃CH₂OH
（2）電解池陽極發生了兩個電極反應，電極反應式是
Ⅰ．Fe-2e^-=Fe²⁺； 
Ⅱ.4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑
（3）以上電解過程是以上圖右側的燃料電池為電源，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，稀土金屬材料做電極．
①正極的電極反應是O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
②為了使該燃料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物質參加循環．A物質的化學式是CO₂；
（4）實驗過程中，若在陰極產生了44.8L（標準狀況）氣體，則熔融鹽燃料電池消耗CH₄（標準狀況）11.2L．
（5）將CH₄設計成燃料電池，其利用率更高，裝置示意如下圖（A、B為多孔性碳棒）．持續通入甲 烷，在標準狀況下，消耗甲烷體積VL．
①0＜V＜44.8L時，電池總反應方程式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
②44.8L＜V＜89.6L時，負極電極反應式為CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-．

Answer 1

分析 （1）從所加入物質能增大溶液離子濃度，并能保持污水的pH在5.0～6.0之間考慮；
（2）根據電極材料和離子的放電順序考慮；
（3）①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；
②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；
（4）陰極的電極反應為：2H⁺+2e^-=H₂↑，陰極產生了44.8L（標準狀況）即2mol的氫氣產生，所以轉移電子的物質的量為4mol，根據電池的負極電極反應是CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，結合轉移電子數相等計算；
（5）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發生反應①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根據甲烷的量計算生成的二氧化碳的量，結合反應方程式判斷反應產物及發生的反應．

解答 解：（1）為了增強溶液的導電性，因此可選用易溶性強電解質溶液，排除A和B，考慮到題中要求電解時保持污水的pH在5.0～6.0之間，因此不能添加NaOH，BaSO₄不溶，故答案為：c；
（2）電解時鐵作陽極，因此主要發生Fe-2e^-=Fe²⁺，同時也發生副反應，即溶液中的OH^-失電子被氧化生成O₂，故答案為：Fe-2e^-=Fe²⁺；
（3）①料電池中，正極反應一定是氧氣得電子，該電池的電解質環境是熔融碳酸鹽，所以正極反應為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；故答案為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
②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；故答案為：CO₂；
（4）陰極的電極反應為：2H⁺+2e^-=H₂↑，陰極產生了44.8L（標準狀況）即2mol的氫氣產生，所以轉移電子的物質的量為4mol，根據電池的負極電極反應是CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，當轉移4mol電子時，消耗CH₄（標準狀況）的體積V=nVm=0.5mol×22.4L/mol=11.2L，故答案為：11.2；
（5）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發生反應①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
①當0＜V≤44.8 L時，0＜n（CH₄）≤2mol，則0＜n（CO₂）≤2mol，只發生反應①②，且KOH過量，則電池總反應式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，
故答案為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
②當44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH₄）≤4mol，則2mol＜n（CO₂）≤4mol，發生反應①②③，得到K₂CO₃和KHCO₃溶液，則負極反應式為CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-，
故答案為：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-．

點評 本題考查原電池和電解池的知識，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，涉及的知識點較多，綜合性較強，難度較大．