Question

【題目】最新研究發現，用隔膜電解法處理高濃度乙醛廢水具有工藝流程簡單、電耗較低等優點，其原理是使乙醛分別在陰、陽極發生反應，轉化為乙醇和乙酸，

總反應為：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，其裝置示意圖如圖所示。

(1)若以甲烷燃料電池為直流電源，則燃料電池中b極應通入 (填化學式)氣體。

(2)電解過程中，兩極除分別生成乙酸和乙醇外，均產生無色氣體。電極反應如下：

陽極：① 4OH－－4e－＝O2↑+2H2O② 。

陰極：① 。②CH3CHO+2e－+2H2O＝CH3CH2OH+2OH－

(3)電解過程中，陰極區Na2SO4的物質的量 (填“增大”、“減小”或“不變”)。

(4)電解過程中，某時刻測定了陽極區溶液中各組分的物質的量，其中Na2SO4與CH3COOH的物質的量相同。下列關于陽極區溶液中各微粒濃度關系的說法正確的是 (填字母序號)。

a.c(Na+)不一定是c(SO42－)的2倍

b.c(Na+)＝2c(CH3COOH)+2c(CH3COO－)

c.c(Na+)+c(H+)＝c(SO42－)+c(CH3COO－)+c(OH－)

d.c(Na+)＞c(CH3COOH)＞c(CH3COO－)＞c(OH－)

(5)高純度氧化鋁是用于制備隔膜的材料，某研究小組用以下流程制取高純度氧化鋁：

①“除雜”操作是加入過氧化氫后，用氨水調節溶液的pH約為8.0，以除去硫酸銨溶液中的少量Fe2+。請寫出在除去Fe2+離子的過程中，發生的主要反應的離子方程式 。

②配制硫酸鋁溶液時，需用硫酸酸化，酸化的目的是 。

③“結晶”這步操作中，母液經蒸發濃縮至溶液表面剛出現薄層晶體即停止加熱，然后冷卻結晶，得到銨明礬晶體(含結晶水)。母液不能蒸干的原因是 。

Answer 1

【答案】(1)CH4 (2)CH3CHO－2e－＋H2O＝CH3COOH＋2H＋

2H＋＋2e－＝H2↑或4H2O＋4e－＝2 H2↑＋4OH－

(3)不變 (4)abd (5)①2Fe2++H2O2+4NH3H2O=2Fe(OH)3↓+4NH4+

②抑制(防止)Al3+水解 ③減少可溶性雜質的析出及Al3+水解

【解析】

試題分析：(1)b為原電池的負極，發生氧化反應，應通入CH4；

(2)陽極發生氧化反應，生成乙酸和氧氣，電極反應為CH3CHO-2e-+H2O═CH3COOH+2H+，陰極發生還原反應，生成乙醇和氫氣，電極反應為4H++4e-═2H2↑或4H2O+4e-═2H2↑+4OH-；

(3)硫酸鈉不參與電解反應，物質的量不變；

(4)a．鈉離子經過陽離子離子交換膜進入陰極，而硫酸根離子不能經過陽離子交換膜，則c(Na+)不一定是c(SO42-)的2倍，故a正確；b．Na2SO4與CH3COOH的物質的量相同，則有c(Na+)=2c(CH3COOH)+2c(CH3COO-)，故b正確；c．電荷不守恒，應為c(Na+)+c(H+)=2c(SO42-)+c(CH3COO-)+c(OH-)，故c錯誤；d．醋酸為弱電解質，主要以分子形成存在，則有c(Na+)＞c(CH3COOH)＞c(CH3COO-)＞c(OH-)，故d正確；故答案為abd；

(5)①亞鐵離子具有還原性，雙氧水具有強氧化性，在堿性溶液中，亞鐵離子被氧化生成鐵離子，鐵離子與氫氧根結合生成氫氧化鐵沉淀，此反應的離子反應方程式為：2Fe2++H2O2+4NH3H2O=2Fe(OH)3↓+4NH4+；

②由于鋁離子在溶液中能夠發生水解生成氫氧化鋁，所以加入硫酸酸化，抑制了鋁離子的水解；

③由于蒸干會析出可溶性雜質的析出，且Al3+水解程度增大，所以母液不能蒸干。