Question

6．最新研究发现，用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水具有工艺流程简单、电耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应，转化为乙醇和乙酸，总反应为：2CH₃CHO+H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$CH₃CH₂OH+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，其装置示意图如图所示．
（1）若以甲烷燃料电池为直流电源，则燃料电池中b极应通入CH₄（填化学式）气体．
（2）电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生无色气体．电极反应如下：
阳极：①4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O
②CH₃CHO-2e^-+H₂O═CH₃COOH+2H⁺；
阴极：①4H⁺+4e^-═2H₂↑或4H₂O+4e^-═2H₂↑+4OH^-
②CH₃CHO+2e^-+2H₂O=CH₃CH₂OH+2OH^-
（3）电解过程中，阴极区Na₂SO₄的物质的量不变（填“增大”、“减小”或“不变”）．
（4）电解过程中，某时刻测定了阳极区溶液中各组分的物质的量，其中Na₂SO₄与CH₃COOH的物质的量相同．下列关于阳极区溶液中各微粒浓度关系的说法正确的是abd（填字母序号）．
a．c（Na⁺）不一定是c（SO₄^2- ）的2倍
b．c（Na⁺）=2c（CH₃COOH）+2c（CH₃COO^- ）
c．c（Na⁺）+c（H⁺）=c（SO₄^2- ）+c（CH₃COO^- ）+c（OH^- ）
d．c（Na⁺）＞c（CH₃COOH）＞c（CH₃COO^- ）＞c（OH^- ）
（5）已知：乙醛、乙醇的沸点分别为20.8℃、78.4℃．从电解后阴极区的溶液中分离出乙醇粗品的方法是蒸馏．

Answer 1

分析 （1）b为原电池的负极，发生氧化反应，应通入甲烷；
（2）阳极发生氧化反应，生成乙酸和氧气，阴极发生还原反应，生成乙醇和氢气；
（3）硫酸钠不参与电解反应，物质的量不变；
（4）a．从离子交换膜的角度判断；
b．根据物料守恒判断；
c．从电荷守恒的角度分析；
d．醋酸为弱电解质，主要以分子形成存在．
（5）分离沸点不同的液体可用蒸馏的方法．

解答 解：（1）b为原电池的负极，发生氧化反应，应通入CH₄，故答案为：CH₄；
（2）阳极发生氧化反应，生成乙酸和氧气，电极反应为CH₃CHO-2e^-+H₂O═CH₃COOH+2H⁺，阴极发生还原反应，生成乙醇和氢气，电极反应为4H⁺+4e^-═2H₂↑或4H₂O+4e^-═2H₂↑+4OH^-，
故答案为：CH₃CHO-2e^-+H₂O═CH₃COOH+2H⁺；4H⁺+4e^-═2H₂↑或4H₂O+4e^-═2H₂↑+4OH^-；
（3）硫酸钠不参与电解反应，物质的量不变，故答案为：不变；
（4）a．钠离子经过阳离子离子交换膜进入阴极，而硫酸根离子不能经过阳离子交换膜，则c（Na⁺）不一定是c（SO₄^2-）的2倍，故a正确；
b．Na₂SO₄与CH₃COOH的物质的量相同，则有c（Na⁺）=2c（CH₃COOH）+2c（CH₃COO^-），故b正确；
c．电荷不守恒，应为c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（SO₄^2-）+c（CH₃COO^-）+c（OH^-），故c错误；
d．醋酸为弱电解质，主要以分子形成存在，则有c（Na⁺）＞c（CH₃COOH）＞c（CH₃COO^-）＞c（OH^-），故d正确．
故答案为：abd；
（5）乙醛、乙醇的沸点的沸点不同，且相差较大，可用蒸馏的方法分离，故答案为：蒸馏．

点评 本题在电化学的基础上综合考查原电池和电解池的反应原理、物质的分离等知识，题目较为综合，难度中等，注意把握（4）题的做题思路和角度．