Question

最新研究發(fā)現(xiàn)，用隔膜電解法處理高濃度乙醛廢水具有工藝流程簡(jiǎn)單、電耗較低等優(yōu)點(diǎn)，其原理是使乙醛分別在陰、電解陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為乙醇和乙酸，總反應(yīng)為：2CH₃CHO+H₂O═CH₃CH₂OH+CH₃COOH實(shí)驗(yàn)室中，以一定濃度的乙醛-Na₂SO₄溶液為電解質(zhì)溶液，模擬乙醛廢水的處理過(guò)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(yīng)通入    （填化學(xué)式）氣體．
（2）電解過(guò)程中，兩極除分別生成乙酸和乙醇外，均產(chǎn)生無(wú)色氣體．電極反應(yīng)如下：
陽(yáng)極：①4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O
②   
陰極：①   
②CH₃CHO+2e^-+2H₂O═CH₃CH₂OH+2OH^-
（3）電解過(guò)程中，陰極區(qū)Na₂SO₄的物質(zhì)的量    （填“增大”、“減小”或“不變”）．
（4）電解過(guò)程中，某時(shí)刻測(cè)定了陽(yáng)極區(qū)溶液中各組分的物質(zhì)的量，其中Na₂SO₄與CH₃COOH的物質(zhì)的量相同．下列關(guān)于陽(yáng)極區(qū)溶液中各微粒濃度關(guān)系的說(shuō)法正確的是    （填字母序號(hào)）．
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(diǎn)分別為20.8℃、78.4℃．從電解后陰極區(qū)的溶液中分離出乙醇粗品的方法是    ．
（6）在實(shí)際工藝處理中，陰極區(qū)乙醛的去除率可達(dá)60%．若在兩極區(qū)分別注入1m³乙醛的含量為3000mg/L的廢水，可得到乙醇    kg（計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后1位）．

Answer 1

【答案】分析：（1）b為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)通入甲烷；
（2）陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，生成乙酸和氧氣，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，生成乙醇和氫氣；
（3）硫酸鈉不參與電解反應(yīng)，物質(zhì)的量不變；
（4）a．從離子交換膜的角度判斷；
b．根據(jù)物料守恒判斷；
c．從電荷守恒的角度分析；
d．醋酸為弱電解質(zhì)，主要以分子形成存在．
（5）分離沸點(diǎn)不同的液體可用蒸餾的方法；
（6）根據(jù)電極反應(yīng)式計(jì)算．
解答：解：（1）b為原電池的負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，應(yīng)通入CH₄，故答案為：CH₄；
（2）陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，生成乙酸和氧氣，電極反應(yīng)為CH₃CHO-2e^-+H₂O═CH₃COOH+2H⁺，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，生成乙醇和氫氣，電極反應(yīng)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(yīng)，物質(zhì)的量不變，故答案為：不變；
（4）a．鈉離子經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子離子交換膜進(jìn)入陰極，而硫酸根離子不能經(jīng)過(guò)陽(yáng)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(zhì)的量相同，則有c（Na⁺）=2c（CH₃COOH）+2c（CH₃COO^-），故b正確；
c．電荷不守恒，應(yīng)為c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（CH₃COO^-）+c（OH^-），故c錯(cuò)誤；
d．醋酸為弱電解質(zhì)，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(diǎn)的沸點(diǎn)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(zhì)量為1m³×3kg/m³=3kg，乙醛的去除率為60%，則反應(yīng)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．
點(diǎn)評(píng)：本題在電化學(xué)的基礎(chǔ)上綜合考查原電池和電解池的反應(yīng)原理、物質(zhì)的分離等知識(shí)，題目較為綜合，難度中等，注意把握（4）題的做題思路和角度．