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↑+2H₂O

②                                                                 

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1 m³乙醛的含量为3 000 mg·L^-1的废水,可得到乙醇　　　　kg(计算结果保留小数点后1位)。

Answer 1

(1)这是关于燃料电池电极的知识,燃料电池中一般还要用到助燃剂,一般为O₂(或空气),而氧气就作为电池的正极,加入的燃料比如甲烷之类的就从原电池的负极充入,本题中燃料电池中b极接电解池的阴极,也就是说b极应是燃料电池的负极,所以b极应通入甲烷气体。

(2)这是电解池电极反应式的写法,按照电极放电顺序,可知道这个电解实际上相当于电解水,阳极:①4OH^--4e^-====O₂↑+2H₂O,那么阴极:①就是4H⁺+4e^-====

2H₂↑;阳极:②的电极反应式就必须用总反应2CH₃CHO+H₂O====CH₃CH₂OH+CH₃COOH减去阴极②CH₃CHO-2e^-+2H₂O====CH₃CH₂OH+2OH^-,但是要注意阴极要换成H⁺,所以阳极:②的电极反应式为CH₃CHO-2e^-+H₂O====CH₃COOH+2H⁺。

(3)从以上(2)中谈到的这个电解实际上是电解水,所以阴极区Na₂SO₄的物质的量不变。

(4)题目给出了沸点不同,而且沸点相差比较大,很容易想到利用蒸馏方法分离。

(5)1 m³相当于1 000 L,两极区分别注入1 m³乙醛的含量为3 000 mg·L^-1的废水,那么总共注入乙醛的量为2×1 000 L×3 000 mg·L^-1=6 000 000 mg=6 000 g=

6 kg,设可得到乙醇mkg,根据方程式计算:

2CH₃CHO+H₂OCH₃CH₂OH+CH₃COOH

    2×44          46

    6 kg×60%   mkg

解得m≈1.9

答案:(1)CH₄

(2)CH₃CHO-2e^-+H₂O====CH₃COOH+2H⁺

4H⁺+4e^-====2H₂↑或4H₂O+4e^-====2H₂↑+4OH^-(写成“2H⁺+2e^-====H₂↑”也可)

(3)不变　(4)蒸馏　(5)1.9