Question

5．水是宝贵的自然资源，水的净化与污水处理是化学工作者需要研究的重要课题．
（1）在净水过程中用到混凝剂，其中不可以作为混凝剂使用的是B．
A．硫酸铝      B．氧化铝   C．碱式氯化铝   D．氯化铁
（2）海水淡化是人类获得饮用水的一个重要方法，下列有关海水淡化处理的方法正确的是CD．
A．蒸馏法能耗最小，设备最简单；冷冻法要消耗大量能源
B．利用电渗析法淡化海水时，在阴极附近放阴离子交换膜，在阳极附近放阳离子交换膜
C．利用电渗析法淡化海水时，得到淡水的部分在中间区
D．利用反渗透技术可以大量、快速地生产淡水
（3）除了水资源，能源、信息、材料一起构成了现代文明的三大支柱．甲醇是一种重要的化工原料，以甲醇、氧气为基本反应物的新型燃料电池已经问世，其结构如图所示（甲醇解离产生的H⁺可以通过质子交换膜进入另一极）．请写出通入甲醇的电极上的电极反应式：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺．某同学以甲醇燃料电池为电源，以石墨为电极电解500mL 0.2mol•L^-1CuSO₄溶液，则与电源正极相连的电解池电极上的电极反应式为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；电解一段时间后，在电解池两极上共产生7.84L气体（标准状况下），此时甲醇燃料电池中共消耗甲醇3.2g．

Answer 1

分析 （1）水解生成胶体的可作为混凝剂；
（2）A．蒸馏法淡化海水的原理简单，但消耗大量能源，产生碳酸钙、氢氧化镁等锅垢，很难大量生产淡水；
B．利用电渗析法淡化海水时阴极是阳离子通过，阳极是阴离子通过；
C．利用电渗析法淡化海水时，氯离子移向阳极，钠离子移向阴极，中间为淡水；
D．反渗透技术是渗透的一种反向迁移运动，是一种在压力驱动下，借助于半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法，它已广泛应用于各种液体的提纯与浓缩，其中最普遍的应用实例便是在水处理工艺中；
（3）通入甲醇的电极上发生氧化反应，甲醇失电子生成二氧化碳，结合电荷守恒和电子守恒写出电极反应，与电源正极相连的电解池电极为阳极，溶液中氢氧根离子失电子发生氧化反应生成氧气，电解一段时间后，在电解池两极上共产生7.84L气体（标准状况下），说明阴极上铜离子放电完成后，溶液中氢离子放电生成氢气，结合电极反应和电子守恒计算．

解答 解：（1）工艺中的混凝剂常用明矾，则水解生成胶体的可作为混凝剂，ACD中物质均可水解生成胶体，只有B中氧化铝不溶于水，不能作混凝剂，故答案为：B；
（2）A．蒸馏法淡化海水的原理简单，但消耗大量能源，产生碳酸钙、氢氧化镁等锅垢，很难大量生产淡水，故A错误；
B．利用电渗析法淡化海水时阴极是阳离子通过，阳极是阴离子通过，在阴极附近放阳离子交换膜，在阳极附近放阴离子交换膜，故B错误；
C．利用电渗析法淡化海水时，氯离子移向阳极，钠离子移向阴极，得到淡水的部分在中间区，故C正确；
D．反渗透技术是渗透的一种反向迁移运动，是一种在压力驱动下，借助于半透膜的选择截留作用将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法，利用反渗透技术可以大量、快速地生产淡水，故D正确；
故答案为：CD；
（3）图中可知原电池反应电解质溶液为酸性溶液，通入甲醇的电极上的电极反应式为：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，以石墨为电极电解500mL 0.2mol•L^-1CuSO₄溶液，则与电源正极相连的电解池电极上的电极反应式为：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，在电解池两极上共产生7.84L气体（标准状况下），阳极是氧气，阴极是氢气，混合气体物质的量=$\frac{7.84L}{22.4L/mol}$=0.35mol，500mL 0.2mol•L^-1CuSO₄溶液中n（Cu²⁺）=0.5L×0.2mol/L=0.1mol，设生成氢气物质的量为x，则生成氧气物质的量=0.35mol-x
阳极：4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑
                    4              1
             4（0.35-x）         0.35-x
阴极：Cu²⁺+2e^-=Cu²⁺，
         0.1mol  0.2mol
2H⁺+2e^-=H₂↑
        2       1
  2xmol      xmol
电子守恒0.2mol+2xmol=4（0.35-x）
x=0.2mol
氧气物质的量=0.35mol-0.2mol=0.15mol，
结合电子守恒得到消耗甲醇CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺，4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑，
2CH₃OH～3O₂～12e-
 2                3
n                0.15mol    
n=0.1mol，
共消耗甲醇质量=0.1mol×32g/mol=3.2g，
故答案为：CH₃OH+H₂O-6e^-=CO₂+6H⁺；  4OH^--4e^-=2H₂O+O₂↑；3.2．

点评 本题考查了海水资源的利用、海水淡化方法分析、电解池和原电池原理应用、电子守恒的计算是解题关键，注意电极反应书写，掌握基础是解题关键，题目难度中等．