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1所示．

（1）若以甲醇燃料电池为该电解的直流电源，燃料电池中的电解液是氢氧化钠溶液，则燃料电池中b极的电极反应式为

 

．电池工作一段时间后，氢氧化钠溶液物质的量浓度

 

（填变大，变小或不变）
（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．
阳极电极反应如下：①4OH^--4e^-═O₂↑+2H₂O
②

 

（3）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

 

．
（4）若直流电源使用新型的熔融碳酸盐燃料电池（MCFS），该电池以一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物为电解质，操作温度为650℃，在此温度下以镍为催化剂，以煤气（CO、H₂的体积比为1：1）直接作燃料，其工作原理如图2所示．
①B极发生

 

（填“氧化”或“还原”）反应，电极反应式

 

．
②以此电池电解足量的CuSO₄溶液，当电池消耗1.12L（标准状况下）氧气时，则阴极产物的质量为

 

 g．加入一定量的

 

可以让CuSO₄溶液回复原状．
A、CuO     B、Cu（OH）₂      C、CuCO₃     D、Cu．

Answer 1

考点：电解原理

专题：

分析：（1）依据图1电解质的阴阳极判断燃料电池b的极性，燃料电池，通入燃料的一极为负极，发生氧化反应，结合电解质溶液书写电极反应式，依据电池反应中消耗氢氧根离子判断溶液中氢氧根离子的浓度变化；
（2）电解过程中，阳极上失电子发生氧化反应；
（3）分离沸点不同且互溶的液体采用蒸馏的方法；
（4）依据电解池中阴离子移向阳极，判断电解池的电极；电解池阴极发生还原反应，二氧化碳与氧气在阴极得到电子生成碳酸根离子；
依据消耗的氧气的量计算转移电子数，依据转移电子守恒，计算生成铜的质量，要想使溶液恢复加入物质遵循“出啥加啥”原则．

解答： 解：（1）从图中可知，b极与电解质的阴极相连，所以b极为燃料电池的负极，在甲醇燃料电池中，负极上是燃料甲醇发生失电子的氧化反应，在碱性环境下，电极反应为2CH₄O+16OH^--12e^-=2CO₃^2-+12H₂O，反应过程中消耗氢氧根离子，所以氢氧化钠溶液物质的量浓度减小，
故答案为：CH₄O-6e^-+8 OH^-═CO₃^2-+6H₂O；变小；
（2）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⁺，
故答案为：CH₃CHO-2e^-+H₂O═CH₃COOH+2H⁺；
（3）乙醛、乙醇的沸点不同，且相互溶解，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；
（4）由图2中碳酸根离子移向A极可知A为阳极，B为阴极，阴极发生还原反应，氧气、二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成碳酸氢根离子，电极方程式为O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-，
故答案为：还原；O₂+2CO₂+4e^-═2CO₃^2-；
②1.12L（标准状况下）氧气的物质的量=

1.12L

22.4L/mol

=0.05mol，O₂→2O^-～4e^-，所以转移电子数为0.2mol，
  Cu²⁺+2e^-=Cu
      2    64g
    0.2mol  m   
m=6.4g，
电解硫酸铜溶液，阳极上生成氧气，阴极上析出金属铜，B中与硫酸反应生成水，浓度减少，而D中Cu与稀硫酸不反应；所以加入CuO、CuCO₃可使电解后的溶液恢复到原状态，故选AC，
故答案为：6.4；AC．

点评：本题考查了电解池、原电池工作原理，涉及电极反应式书写、有关电化学计算，题目难度中等，明确工作原理是解题关键，注意电化学计算中应抓住各个电极转移电子守恒．