Question

1．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之间，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，刮去（或撇掉）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，设计装置示意图，如图所示．
（1）实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣．此时，应向污水中加入适量的c．
a．H₂SO₄     b．BaSO₄     c．Na₂SO₄       d．NaOH     e．CH₃CH₂OH
（2）电解池阳极发生了两个电极反应，电极反应式是
Ⅰ．Fe-2e^-=Fe²⁺； 
Ⅱ.4OH^--4e^-═2H₂O+O₂↑
（3）以上电解过程是以上图右侧的燃料电池为电源，该燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料做电极．
①正极的电极反应是O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
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，电池工作时必须有部分A物质参加循环．A物质的化学式是CO₂；
（4）实验过程中，若在阴极产生了44.8L（标准状况）气体，则熔融盐燃料电池消耗CH₄（标准状况）11.2L．
（5）将CH₄设计成燃料电池，其利用率更高，装置示意如下图（A、B为多孔性碳棒）．持续通入甲 烷，在标准状况下，消耗甲烷体积VL．
①0＜V＜44.8L时，电池总反应方程式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
②44.8L＜V＜89.6L时，负极电极反应式为CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-．

Answer 1

分析 （1）从所加入物质能增大溶液离子浓度，并能保持污水的pH在5.0～6.0之间考虑；
（2）根据电极材料和离子的放电顺序考虑；
（3）①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；
②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；
（4）阴极的电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，阴极产生了44.8L（标准状况）即2mol的氢气产生，所以转移电子的物质的量为4mol，根据电池的负极电极反应是CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，结合转移电子数相等计算；
（5）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；根据甲烷的量计算生成的二氧化碳的量，结合反应方程式判断反应产物及发生的反应．

解答 解：（1）为了增强溶液的导电性，因此可选用易溶性强电解质溶液，排除A和B，考虑到题中要求电解时保持污水的pH在5.0～6.0之间，因此不能添加NaOH，BaSO₄不溶，故答案为：c；
（2）电解时铁作阳极，因此主要发生Fe-2e^-=Fe²⁺，同时也发生副反应，即溶液中的OH^-失电子被氧化生成O₂，故答案为：Fe-2e^-=Fe²⁺；
（3）①料电池中，正极反应一定是氧气得电子，该电池的电解质环境是熔融碳酸盐，所以正极反应为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；故答案为：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；
②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；故答案为：CO₂；
（4）阴极的电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，阴极产生了44.8L（标准状况）即2mol的氢气产生，所以转移电子的物质的量为4mol，根据电池的负极电极反应是CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，当转移4mol电子时，消耗CH₄（标准状况）的体积V=nVm=0.5mol×22.4L/mol=11.2L，故答案为：11.2；
（5）n（KOH）=2mol/L×2L=4mol，可能先后发生反应①CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O、②CO₂+2KOH=K₂CO₃+H₂O、③K₂CO₃+CO₂+H₂O=2KHCO₃；
①当0＜V≤44.8 L时，0＜n（CH₄）≤2mol，则0＜n（CO₂）≤2mol，只发生反应①②，且KOH过量，则电池总反应式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，
故答案为：CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O；
②当44.8 L＜V≤89.6 L，2mol＜n（CH₄）≤4mol，则2mol＜n（CO₂）≤4mol，发生反应①②③，得到K₂CO₃和KHCO₃溶液，则负极反应式为CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-，
故答案为：CH₄-8e^-+9CO₃^2-+3H₂O=10HCO₃^-．

点评 本题考查原电池和电解池的知识，做题时注意利用守恒的思考去解答，同时注意电极反应式的书写，涉及的知识点较多，综合性较强，难度较大．