Question

電解是最強有力的氧化還原手段，在化工生產中有著重要的應用。請回答下列問題：
(1)以銅為陽極，以石墨為陰極，用NaCl溶液作電解液進行電解，得到半導體材料Cu₂O和一種清潔能源，則陽極反應式為________，陰極反應式為________。
(2)某同學設計如圖所示的裝置探究金屬的腐蝕情況。下列判斷合理的是
_______(填序號)。

a．②區銅片上有氣泡產生
b．③區鐵片的電極反應式為2Cl^－－2e^－=Cl₂↑
c．最先觀察到變成紅色的區域是②區
d．②區和④區中銅片的質量均不發生變化
(3)最新研究發現，用隔膜電解法處理高濃度乙醛廢水的工藝具有流程簡單、能耗較低等優點，其原理是使乙醛分別在陰、陽極發生反應生成乙醇和乙酸，總反應式為2CH₃CHO＋H₂OCH₃CH₂OH＋CH₃COOH

實驗室中，以一定濃度的乙醛－Na₂SO₄溶液為電解質溶液，模擬乙醛廢水的處理過程，其裝置如圖所示。
①若以甲烷堿性燃料電池為直流電源，則燃料電池中b極應通入________(填化學式)，電極反應式為________。電解過程中，陰極區Na₂SO₄的物質的量________(填“增大”、“減小”或“不變”)。
②在實際工藝處理中，陰極區乙醛的去除率可達60%。若在兩極區分別注入1 m³乙醛含量為3 000 mg/L的廢水，可得到乙醇________kg(計算結果保留小數點后一位)。

Answer 1

(1)2Cu＋H₂O－2e^－=Cu₂O＋2H^＋　2H^＋＋2e^－=H₂↑　(2)d　(3)①CH₄　CH₄－8e^－＋10OH^－=＋7H₂O　不變　②1.9

(1)由于陽極材料為銅，所以銅本身失電子被氧化，由題意知氧化產物為Cu₂O，可得陽極反應式為2Cu＋H₂O－2e^－=Cu₂O＋2H^＋，陰極上陽離子放電，即溶液中H^＋被還原成清潔能源H₂。
(2)左半區是原電池裝置，發生的是鐵的吸氧腐蝕，負極(Fe)：Fe－2e^－=Fe^2＋，正極(Cu)：O₂＋2H₂O＋4e^－=4OH^－。右半區是電解裝置，陽極(Fe)：Fe－2e^－=Fe^2＋，陰極(Cu)：2H^＋＋2e^－=H₂↑，由于電解引起腐蝕的速率遠大于吸氧腐蝕的速率，因此最先觀察到變成紅色的區域是④區，故選項a、b、c均錯誤。
(3)①根據電解液中陽離子的遷移方向，可知c為陽極，d為陰極，因此直流電源上a為正極，通入O₂，b為負極，通入CH₄，在堿性條件下CH₄的氧化產物為，由此可寫出此電極的電極反應式。在電解過程中，由于沒有參與放電，且陽離子交換膜不允許陰離子自由通過，因此根據質量守恒可得陰極區Na₂SO₄的物質的量不變。
②陰極區發生還原反應，即CH₃CHO轉化成CH₃CH₂OH，設生成的乙醇為x kg，根據碳原子守恒可得關系式：
CH₃CHO　　　　～　　　CH₃CH₂OH
　44 　　                   46
　3 000×10³÷10⁶×60%    　　x
解得x≈1.9。