Question

【題目】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，

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，棄去浮渣層，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)的裝置示意圖如下圖所示。

（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________。

a．H2SO4　　　　　b．CH3CH2OH c．Na2SO4 d．NaOH

（2）電解過(guò)程中，電解池陽(yáng)極發(fā)生了兩個(gè)電極反應(yīng)，其中一個(gè)為2H2O－4e－＝O2↑＋4H＋，則另一個(gè)電極反應(yīng)式為_____________________________。

（3）電解池溶液中得到Fe(OH)3沉淀的離子方程式為_____________________________。

（4）熔融鹽燃料電池以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，CH4為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料為電極。

①正極的電極反應(yīng)式為______________________________________；

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。為此電池工作時(shí)必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)。則A物質(zhì)的化學(xué)式是___________。

（5）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若在陰極產(chǎn)生了44.8 L（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）________L。

Answer 1

【答案】c Fe－2e－===Fe2＋ 4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋或4Fe2＋＋4H+＋O2===4Fe3+＋2H2O，F(xiàn)e3++3OH－===Fe(OH)3↓ O2＋2CO2＋4e－===2CO32-(或2O2＋4CO2＋8e－===4CO32-) CO2 11.2

【解析】

A裝置為電解池，B裝置為原電池裝置，原電池工作時(shí)，通入甲烷的一級(jí)為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極電極反應(yīng)是CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O，通入氧氣的一極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，正極反應(yīng)為O2+2CO2+4e-=2CO32-，電解池中Fe為陽(yáng)極，發(fā)生Fe-2e-=Fe2+，陰極的電極反應(yīng)為：2H++2e-=H2↑，二價(jià)鐵離子具有還原性，能被氧氣氧化到正三價(jià)，4Fe2++10H2O+O2=4Fe（OH）3↓+8H+。

（1）由題意可知，保持保持污水的pH在5.0～6.0之間，通過(guò)電解生成Fe（OH）3沉淀時(shí)，加入能使溶液導(dǎo)電能力增強(qiáng)的電解質(zhì)，必須是可溶于水的、顯中性的鹽，故選c，故答案為：c；

（2）燃料電池中通入空氣的電極是正極，通入甲烷的電極是負(fù)極，鐵與正極相連作陽(yáng)極，活潑金屬電極做電解池的陽(yáng)極時(shí)，電極本身失去電子，電極反應(yīng)式為Fe-2e-＝Fe2+，故答案為：Fe-2e-＝Fe2+；

（3）陽(yáng)極鐵失去電子轉(zhuǎn)化為亞鐵離子，亞鐵離子具有還原性，能被氧氣氧化生成鐵離子，鐵離子與氫氧根離子結(jié)合生成氫氧化鐵紅褐色沉淀，反應(yīng)的離子方程式可表示為4Fe2++10H2O+O2＝4Fe（OH）3↓+8H+，故答案為：4Fe2++10H2O+O2＝4Fe（OH）3↓+8H+；

（4）①燃料電池中，正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，即一定是氧氣得電子的過(guò)程。由于電解質(zhì)是熔融碳酸鹽，因此正極電極反應(yīng)為O2+2CO2+4e-＝2CO32-，故答案為：O2+2CO2+4e-＝2CO32-；

②負(fù)極甲烷失去電子轉(zhuǎn)化為CO2，而正極需要消耗CO2，所以可以循環(huán)利用的物質(zhì)是CO2，故答案為：CO2；

（5）陰極電極反應(yīng)為2H++2e-＝H2↑，即44.8L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體是氫氣，物質(zhì)的量是2mol，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)CH4+4CO32--8e-＝5CO2+2H2O可知當(dāng)轉(zhuǎn)移4mol電子時(shí)，消耗CH40.5mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積V＝0.5mol×22.4L/mol＝11.2L，故答案為：11.2。