Question

7．工業(yè)上采用的一種污水處理方法是：保持污水的pH在5.0～6.0之間，通過電解生成Fe（OH）₃沉淀．Fe（OH）₃有吸附性，可吸附污物而沉積下，具有凈化水的作用．某科研小組用此法處理污水，設(shè)計如下所示裝置示意圖．

（1）實驗時若污水中離子濃度較小，導(dǎo)電能力較差；此時，最好應(yīng)向污水中加入適量的A．
A．K₂SO₄      B．CaCO₃          C．NaOH      D．CH₃CH₂OH
（2）電解池陽極發(fā)生了兩個電極反應(yīng)：其中一個反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe²⁺，另一個反應(yīng)生成了一種無色
氣體，其反應(yīng)式為：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑．
（3）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．已知
負(fù)極的電極反應(yīng)是CH₄+4CO${\;}_{3}^{2-}$-8e-=5CO₂+2H₂O．則正極的電極反應(yīng)是O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-．為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定，此電池工作時必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)，則A物質(zhì)的化學(xué)式是CO₂．
（4）實驗中，若在陰極產(chǎn)生了22.4L（標(biāo)準(zhǔn)狀況，下同）氣體，則熔融鹽燃料電池消耗CH₄5.6L．

Answer 1

分析 右邊為燃料電池，通入甲烷的一極為負(fù)極，通入氧氣的一極為正極，左邊為電解池，C與負(fù)極相連為陰極，F(xiàn)e與正極相連為陽極；
（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）電解池陽極發(fā)生了兩個電極反應(yīng)：其中一個反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe²⁺，另一個反應(yīng)為溶液中的氫氧根離子失電子；
（3）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程，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是燃料失電子被氧化的過程；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）在燃料電池和電解池的串聯(lián)電路中，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目是相同的，根據(jù)電子守恒計算．

解答 解：右邊為燃料電池，通入甲烷的一極為負(fù)極，通入氧氣的一極為正極，左邊為電解池，C與負(fù)極相連為陰極，F(xiàn)e與正極相連為陽極；
（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，CaCO₃難溶于水，CH₃CH₂OH是非電解質(zhì)，要求電解時保持污水的pH在5.0～6.0之間，因此不能添加NaOH，所以K₂SO₄符合；
故答案為：A；
（2）電解時鐵作陽極，因此主要發(fā)生Fe-2e^-=Fe²⁺，同時也發(fā)生副反應(yīng)，即溶液中水電離的OH^-失電子被氧化生成O₂，電極方程式為：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑；
故答案為：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑；
（3）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-；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：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；CO₂；
（4）陰極的電極反應(yīng)為：2H⁺+2e^-=H₂↑，陰極產(chǎn)生了22.4L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）即1mol的氫氣產(chǎn)生，所以轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2mol，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2mol電子時，消耗CH₄（標(biāo)準(zhǔn)狀況）為0.25mol，其體積V=nVm=0.25mol×22.4L/mol=5.6L，
故答案為：5.6．

點評 本題考查了燃料電池、電解原理的應(yīng)用，明確燃料電池中正負(fù)極的判斷以及電解池中兩極上放電順序、電極方程式是解答本題的關(guān)鍵，注意串聯(lián)電路中電子守恒的應(yīng)用，題目難度中等．