Question

1．電浮選凝聚法是工業(yè)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(guò)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(lái)，具有凈化水的作用．陰極產(chǎn)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(shè)計(jì)裝置示意圖，如圖所示．
（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)若污水中離子濃度較小，導(dǎo)電能力較差，產(chǎn)生氣泡速率緩慢，無(wú)法使懸浮物形成浮渣．此時(shí)，應(yīng)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(yáng)極發(fā)生了兩個(gè)電極反應(yīng)，電極反應(yīng)式是
Ⅰ．Fe-2e^-=Fe²⁺； 
Ⅱ.4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑
（3）以上電解過(guò)程是以上圖右側(cè)的燃料電池為電源，該燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，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(yīng)是O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
②為了使該燃料電池長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定，電池工作時(shí)必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)．A物質(zhì)的化學(xué)式是CO₂；
（4）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若在陰極產(chǎn)生了44.8L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體，則熔融鹽燃料電池消耗CH₄（標(biāo)準(zhǔn)狀況）11.2L．
（5）將CH₄設(shè)計(jì)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(xù)通入甲 烷，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，消耗甲烷體積VL．
①0＜V＜44.8L時(shí)，電池總反應(yīng)方程式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
②44.8L＜V＜89.6L時(shí)，負(fù)極電極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-．

Answer 1

分析 （1）從所加入物質(zhì)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(jù)電極材料和離子的放電順序考慮；
（3）①燃料電池中，正極發(fā)生的反應(yīng)是氧氣得電子被還原的過(guò)程，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是燃料失電子被氧化的過(guò)程；
②電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，可以循環(huán)利用的物質(zhì)只有二氧化碳；
（4）陰極的電極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑，陰極產(chǎn)生了44.8L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）即2mol的氫氣產(chǎn)生，所以轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為4mol，根據(jù)電池的負(fù)極電極反應(yīng)是CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，結(jié)合轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等計(jì)算；
（5）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后發(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根據(jù)甲烷的量計(jì)算生成的二氧化碳的量，結(jié)合反應(yīng)方程式判斷反應(yīng)產(chǎn)物及發(fā)生的反應(yīng)．

解答 解：（1）為了增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性，因此可選用易溶性強(qiáng)電解質(zhì)溶液，排除A和B，考慮到題中要求電解時(shí)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(shí)鐵作陽(yáng)極，因此主要發(fā)生Fe-2e^-=Fe²⁺，同時(shí)也發(fā)生副反應(yīng)，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(yīng)一定是氧氣得電子，該電池的電解質(zhì)環(huán)境是熔融碳酸鹽，所以正極反應(yīng)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(zhì)，可以循環(huán)利用的物質(zhì)只有二氧化碳；故答案為：CO₂；
（4）陰極的電極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑，陰極產(chǎn)生了44.8L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）即2mol的氫氣產(chǎn)生，所以轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為4mol，根據(jù)電池的負(fù)極電極反應(yīng)是CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，當(dāng)轉(zhuǎn)移4mol電子時(shí)，消耗CH₄（標(biāo)準(zhǔn)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(fā)生反應(yīng)①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
①當(dāng)0＜V≤44.8 L時(shí)，0＜n（CH₄）≤2mol，則0＜n（CO₂）≤2mol，只發(fā)生反應(yīng)①②，且KOH過(guò)量，則電池總反應(yīng)式為CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，
故答案為：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
②當(dāng)44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH₄）≤4mol，則2mol＜n（CO₂）≤4mol，發(fā)生反應(yīng)①②③，得到K₂CO₃和KHCO₃溶液，則負(fù)極反應(yīng)式為CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-，
故答案為：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查原電池和電解池的知識(shí)，做題時(shí)注意利用守恒的思考去解答，同時(shí)注意電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，綜合性較強(qiáng)，難度較大．