Question

電解是最強有力的氧化還原手段，在化工生產(chǎn)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

2Cu+H₂O-2e^-═Cu₂O+2H⁺

，陰極反應式為

2H⁺+2e^-═H₂↑

．
（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

d

（填序號）．

a．②區(qū)銅片上有氣泡產(chǎn)生
b．③區(qū)鐵片的電極反應式為2Cl--2e-

. .

Cl2↑
c．最先觀察到變成紅色的區(qū)域是②區(qū)
d．②區(qū)和④區(qū)中銅片的質(zhì)量均不發(fā)生變化
（3）最新研究發(fā)現(xiàn)，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(yōu)點，其原理是使乙醛分別在陰、陽極．發(fā)生反應生成乙醇和乙酸，總反應式為2CH₃CHO+H₂O

通電

CH₃CH₂OH+CH₃COOH．實驗室中，以一定濃度的乙醛-Na₂SO₄．溶液為電解質(zhì)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

CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O

．電解過程中，陰極區(qū)Na₂SO₄的物質(zhì)的量

不變

（填“增大”、“減小”或“不變”）．
②在實際工藝處理中，陰極區(qū)乙醛的去除率可達60%．若在兩極區(qū)分別注入1m³乙醛含量為3000mg/L的廢水，可得到乙醇

1.9

kg（計算結果保留小數(shù)點后1位）．

Answer 1

分析：（1）由于陽極材料為銅，所以銅本身失電子被氧化，由題意可知氧化產(chǎn)物為Cu₂O，陰極是溶液中氫離子放電生成氫氣，依據(jù)電荷守恒、電子守恒書寫電極反應式；
（2）左半?yún)^(qū)是原電池裝置，發(fā)生的是鐵的吸氧腐蝕，負極電極反應為鐵失電子生成亞鐵離子，正極是氧氣得到電子生成氫氧根離子；
右半?yún)^(qū)是電解池陽極電極反應陽極鐵失電子生成亞鐵離子，陰極是氫離子放電生成氫氣，電解引起腐蝕的速率遠大于吸氧腐蝕的速率；
（3）①甲烷燃料電池，甲烷負極失電子發(fā)生氧化反應在堿溶液中生成碳酸鹽，在電解過程中由于硫酸根離子沒參與放電，且陽離子交換膜不允許陰離子自由通過，因此依據(jù)質(zhì)量守恒可以得到陰極區(qū)硫酸鈉的物質(zhì)的量不變；
②陽極乙醛被還原為乙醇的定量關系計算得到，注意單位換算．

解答：解：（1）由于陽極材料為銅，所以銅本身失電子被氧化，由題意可知氧化產(chǎn)物為Cu₂O，得到陽極電極反應為2Cu+H₂O-2e^-═Cu₂O+2H⁺，陰極上陽離子放電即溶液中的氫離子放電生成氫氣，電極反應為2H⁺+2e^-═H₂↑；
故答案為：2Cu+H₂O-2e^-═Cu₂O+2H⁺；2H⁺+2e^-═H₂↑；
（2）左半?yún)^(qū)是原電池裝置，發(fā)生的是鐵的吸氧腐蝕，負極電極反應為Fe-2e^-═Fe²⁺，正極電極反應為O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，右半?yún)^(qū)是電解池陽極電極反應Fe-2e^-═Fe²⁺，陰極電極反應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(qū)域是④區(qū)，故選項abc均錯誤；
故答案為：d；
（3）①根據(jù)電解液中的陽離子的移動方向可知c為陽極，d為陰極，因此直流電源上a為正極，通入氧氣，b電極為負極，通入甲烷在堿性條件下被氧化得到碳酸根離子，以此寫出電極反應為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；在電解過程中由于硫酸根離子沒參與放電，且陽離子交換膜不允許陰離子自由通過，因此依據(jù)質(zhì)量守恒可以得到陰極區(qū)硫酸鈉的物質(zhì)的量不變；
故答案為：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；不變；
②陰極區(qū)發(fā)生還原反應乙醛轉化為乙醇，設生成乙醇為xKg，依據(jù)碳原子守恒得到計算關系式為：
  CH₂CHO-----------------CH₃CH₂OH
  44                        46
  3000×10³÷10⁶×60%        x
x=1.9；
故答案為：1.9．

點評：本題考查了原電池和電解池原理的分析應用，電極判斷和電極反應是解題關鍵，掌握基本原理和實質(zhì)注意單位的換算計算，題目難度中等．