Question

电解是最强有力的氧化还原手段，在化工生产中有着重要的应用。请回答下列问题：

(1)以铜为阳极，以石墨为阴极，用NaCl溶液作电解液进行电解，得到半导体材料Cu₂O和一种清洁能源，则阳极反应式为__________________，阴极反应式为________。

(2)某同学设计如图所示的装置探究金属的腐蚀情况。下列判断合理的是____________(填序号)。

a．②区铜片上有气泡产生

b．③区铁片的电极反应式为2Cl^－－2e^－===Cl₂↑

c．最先观察到变成红色的区域是②区

d．②区和④区中铜片的质量均不发生变化

(3)最新研究发现，用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水的工艺具有流程简单、能耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应生成乙醇和乙酸，总反应式为2CH₃CHO＋H₂OCH₃CH₂OH＋CH₃COOH

实验室中，以一定浓度的乙醛Na₂SO₄溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置如图所示。

①若以甲烷碱性燃料电池为直流电源，则燃料电池中b极应通入__________(填化学式)，电极反应式为____________________。电解过程中，阴极区Na₂SO₄的物质的量________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

②在实际工艺处理中，阴极区乙醛的去除率可达60%。若在两极区分别注入1 m³乙醛含量为3 000 mg·L^－1的废水，可得到乙醇________kg(计算结果保留小数点后一位)。

Answer

(1)2Cu＋H2O－2e－===Cu2O＋2H＋ 2H＋＋2e－===H2↑ (2)d (3)①CH4 CH4－8e＋＋10OH－===CO32—＋7H2O 不变 ②1.9

【解析】 (1)由于阳极材料为铜，所以铜本身失电子被氧化，由题意知氧化产物为Cu2O，可得阳极反应式为2Cu＋H2O－2e－===Cu2O＋2H＋，阴极上阳离子放电，即溶液中H＋被还原成清洁能源H2。

左半区是原电池装置，发生的是铁的吸氧腐蚀，负极(Fe)：Fe－2e－===

Fe2＋，正极(Cu)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。右半区是电解装置，阳极(Fe)：Fe－2e－===Fe2＋，阴极(Cu)：2H＋＋2e－===H2↑，由于电解引起腐蚀的速率远大于吸氧腐蚀的速率，因此最先观察到变成红色的区域是④区，故选项a、b、c均错误。

(3)①根据电解液中阳离子的迁移方向，可知c为阳极，d为阴极，因此直流电源上a为正极，通入O2，b为负极，通入CH4，在碱性条件下CH4的氧化产物为CO32—，由此可写出此电极的电极反应式。在电解过程中，由于SO42—没有参与放电，且阳离子交换膜不允许阴离子自由通过，因此根据质量守恒可得阴极区Na2SO4的物质的量不变。②阴极区发生还原反应，即CH3CHO转化成CH3CH2OH，设生成的乙醇为x kg，根据碳原子守恒可得关系式：

CH3CHO ～ CH3CH2OH

44 46

3 000×103÷106×60% x

解得x≈1.9。