Question

最新研究发现，用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水具有工艺流程简单、电耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应，转化为乙醇和乙酸，总反应为：2CH₃CHO+H₂O→CH₃CH₂OH+CH₃COOH实验室中，以一定浓度的乙醛-Na₂SO₄溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置示意图如图所示．
（1）若以甲烷燃料电池为直流电源，则燃料电池中b极应通入

 

（填化学式）气体．
（2）电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生无色气体．电极反应如下：
阳极：①4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O②

 

阴极：①

 

②CH₃CHO+2e^-+2H₂O═CH₃CH₂OH+2OH^-
（3）电解过程中，阴极区Na₂SO₄的物质的量

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（4）已知：乙醛、乙醇的沸点分别为20.8℃、78.4℃．从电解后阴极区的溶液中分离出乙醇粗品的方法是

 

．
（5）在实际工艺处理中，阴极区乙醛的去除率可达60%．若在两极区分别注入1m³乙醛的含量为3000mg/L的废水，可得到乙醇

 

kg（计算结果保留小数点后1位）．

Answer 1

分析：（1）连接电解池阴极的是原电池负极，燃料电池负极上投放燃料，燃料失电子发生氧化反应；
（2）阳极上失电子发生氧化反应，阴极上得电子发生还原反应；
（3）阴极上氢离子和乙醛放电，根据溶液中硫酸钠是否放电判断其物质的量是否变化；
（4）分离沸点不同且互溶的液体采用蒸馏的方法；
（5）先根据废水的质量、乙醛的去除率计算去除乙醛的质量，再根据乙醛和乙醇的关系式计算生成乙醇的质量．

解答：解：（1）连接电解池阴极的是原电池负极，负极上燃料失电子发生氧化反应，该燃料电池中燃料是甲烷，所以b电极上投放的是CH₄，故答案为：CH₄；
（2）电解过程中，阳极上失电子发生氧化反应，阴极上得电子发生还原反应，所以阳极上乙醛和氢氧根离子放电，所以除了氢氧根离子失电子外，乙醛失电子发生氧化反应，电极反应式为CH₃CHO-2e^-+H₂O=CH₃COOH+2H⁺；阴极上得电子，得电子的微粒有氢离子和乙醛，氢离子得电子生成氢气，电极反应式为4H⁺+4e^-=2H₂↑，
故答案为：CH₃CHO-2e^-+H₂O=CH₃COOH+2H⁺；4H⁺+4e^-=2H₂↑；
（3）阴极上氢离子和乙醛放电，所以阴极附近硫酸钠的物质的量不变，故答案为：不变；
（4）分离沸点不同且互溶的液体采用蒸馏的方法，故答案为：蒸馏；
（5）若在两极区分别注入1m³乙醛的含量为3000mg/L的废水，阴极区乙醛的去除率可达60%，阴极区乙醛去除的质量=3000mg/L×10⁶L×60%×2=1.8×10⁶ g=3.6×10³Kg．
设生成乙醇的质量是x．
2CH₃CHO+H₂O→CH₃CH₂OH+CH₃COOH
2×44          46
3.6×10³Kg     x
x=1.9×10³Kg，
故答案为：1.9×10³Kg．

点评：本题考查了原电池和电解池的原理，难度不大，注意燃料电池电极反应式的书写要结合电解质溶液，燃料和氧化剂相同，如果电解质溶液不同，电极反应式不同，如氢氧燃料电池，如果电解质溶液是酸性或碱性，电极反应式则不同．