Question

电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.0～6.0，通过电解生成Fe(OH)₃沉淀。Fe(OH)₃有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，弃去浮渣层，即起到了浮选净化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计的装置示意图如图1所示。

回答下列问题：

（1）电解过程中，电解池阴极的电极反应式为______；控制电流，可使电解池阳极同时发生两个电极反应：其中一个为2H₂O -4e^－ === O₂↑+ 4H⁺，另一个电极反应式为______。

（2）电解池溶液中得到Fe(OH)₃沉淀的离子方程式为______。

（3）某熔融盐燃料电池以熔融的多种碱金属碳酸盐混合物为电解质，CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极，如图2。若该熔融盐燃料电池为电浮选凝聚法的电解电源，则：

①正极的电极反应式为______；

②为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此电池工作时必须有部分A物质参加循环。则A物质的化学式是______。

③实验过程中，若在阴极产生了44.8L（标准状况）气体，则熔融盐燃料电池理论上消耗CH₄______L（标准状况）。

Answer

2H+ - 2e- === H2↑ Fe-2e- ===Fe2+ 4Fe2+ + 10H2O + O2 === 4Fe(OH)3↓ + 8H+ O2 + 2CO2 + 4e- ===2CO32-（或2O2 + 4CO2 + 8e- === 4CO32-） CO2 11.2

【解析】

（1）由装置示意图可知，C电极与电源负极相连，为电解池的阴极，Fe电极与电源正极相连，为电解池的阳极；

（2）阳极Fe失电子发生氧化反应生成Fe2+，pH在5.0～6.0时，Fe2+能被氧气氧化生成Fe（OH）3红褐色沉淀；

（3）燃料电池中，正极发生的反应是氧气得电子被还原的过程，负极发生的反应是燃料失电子被氧化的过程；电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳。

（1）由电浮选凝聚法处理污水的装置示意图可知，C电极与电源负极相连，为电解池的阴极，氢离子在阴极上得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H+ - 2e- =H2↑；Fe电极与电源正极相连，为电解池的阳极，活性电极Fe失电子发生氧化反应生成Fe2+，电极反应式为Fe-2e- =Fe2+，同时水在阳极上失电子发生氧化反应生成氧气，电极反应式为2H2O -4e－ =O2↑+ 4H+，故答案为：2H+ - 2e- =H2↑；Fe-2e- =Fe2+；

（2）阳极Fe失电子发生氧化反应生成Fe2+，pH在5.0～6.0时，Fe2+能被氧气氧化生成Fe(OH)3红褐色沉淀，反应的离子方程式可表示为4Fe2++10H2O+O2＝4Fe(OH)3↓+8H+，故答案为：4Fe2++10H2O+O2＝4Fe(OH)3↓+8H+；

（3）①燃料电池工作时，在熔融碳酸盐中氧气在正极上得电子发生还原反应生成CO32-，电极反应式为O2 +2CO2 +4e- =2CO32-，故答案为：O2 +2CO2 +4e- =2CO32-；

②燃料电池工作时，在熔融碳酸盐中甲烷在负极上失电子发生氧化反应生成CO2，电极反应式为CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O，由负极反应式可知，A为CO2，故答案为：CO2；

③实验过程中，阴极产生的气体为H2，标准状况下44.8L H2的物质的量为2mol，由得失电子数目守恒可知，熔融盐燃料电池理论上消耗CH4的物质的量为=0.5mol，标准状况下CH4的体积为0.5mol×22.4L/mol=11.2L，故答案为：11.2。