Question

7．工业上采用的一种污水处理方法是：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，具有净化水的作用．某科研小组用此法处理污水，设计如下所示装置示意图．

（1）实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差；此时，最好应向污水中加入适量的A．
A．K₂SO₄      B．CaCO₃          C．NaOH      D．CH₃CH₂OH
（2）电解池阳极发生了两个电极反应：其中一个反应式为Fe-2e-=Fe²⁺，另一个反应生成了一种无色
气体，其反应式为：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑．
（3）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．已知
负极的电极反应是CH₄+4CO${\;}_{3}^{2-}$-8e-=5CO₂+2H₂O．则正极的电极反应是O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-．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，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CO₂．
（4）实验中，若在阴极产生了22.4L（标准状况，下同）气体，则熔融盐燃料电池消耗CH₄5.6L．

Answer 1

分析 右边为燃料电池，通入甲烷的一极为负极，通入氧气的一极为正极，左边为电解池，C与负极相连为阴极，Fe与正极相连为阳极；
（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）电解池阳极发生了两个电极反应：其中一个反应式为Fe-2e-=Fe²⁺，另一个反应为溶液中的氢氧根离子失电子；
（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；
（4）在燃料电池和电解池的串联电路中，转移的电子数目是相同的，根据电子守恒计算．

解答 解：右边为燃料电池，通入甲烷的一极为负极，通入氧气的一极为正极，左边为电解池，C与负极相连为阴极，Fe与正极相连为阳极；
（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，CaCO₃难溶于水，CH₃CH₂OH是非电解质，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，所以K₂SO₄符合；
故答案为：A；
（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，即溶液中水电离的OH^-失电子被氧化生成O₂，电极方程式为：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑；
故答案为：2H₂O-4e^-=4H⁺+O₂↑；
（3）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-；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：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2-；CO₂；
（4）阴极的电极反应为：2H⁺+2e^-=H₂↑，阴极产生了22.4L（标准状况）即1mol的氢气产生，所以转移电子的物质的量为2mol，根据电池的负极电极反应是CH₄+4CO₃^2--8e^-=5CO₂+2H₂O，当转移2mol电子时，消耗CH₄（标准状况）为0.25mol，其体积V=nVm=0.25mol×22.4L/mol=5.6L，
故答案为：5.6．

点评 本题考查了燃料电池、电解原理的应用，明确燃料电池中正负极的判断以及电解池中两极上放电顺序、电极方程式是解答本题的关键，注意串联电路中电子守恒的应用，题目难度中等．