Question

电解是最强有力的氧化还原手段，在化工生产中有着重要的应用．请回答下列问题：
（1）以铜为阳极，以石墨为阴极，用NaCl溶液作电解液进行电解，得到半导体材料Cu₂O和一种清洁能源，则阳极反应式为

2Cu+H₂O-2e^-═Cu₂O+2H⁺

，阴极反应式为

2H⁺+2e^-═H₂↑

．
（2）某同学设计如图所示的装置探究金属的腐蚀情况．下列判断合理的是

d

（填序号）．

a．②区铜片上有气泡产生
b．③区铁片的电极反应式为2Cl--2e-

. .

Cl2↑
c．最先观察到变成红色的区域是②区
d．②区和④区中铜片的质量均不发生变化
（3）最新研究发现，用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水的工艺具有流程简单、能耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳极．发生反应生成乙醇和乙酸，总反应式为2CH₃CHO+H₂O

通电

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，其装置如图所示．
①若以甲烷碱性燃料电池为直流电源，则燃料电池中b极应通入

CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O

．电解过程中，阴极区Na₂SO₄的物质的量

不变

（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②在实际工艺处理中，阴极区乙醛的去除率可达60%．若在两极区分别注入1m³乙醛含量为3000mg/L的废水，可得到乙醇

1.9

kg（计算结果保留小数点后1位）．

Answer 1

分析：（1）由于阳极材料为铜，所以铜本身失电子被氧化，由题意可知氧化产物为Cu₂O，阴极是溶液中氢离子放电生成氢气，依据电荷守恒、电子守恒书写电极反应式；
（2）左半区是原电池装置，发生的是铁的吸氧腐蚀，负极电极反应为铁失电子生成亚铁离子，正极是氧气得到电子生成氢氧根离子；
右半区是电解池阳极电极反应阳极铁失电子生成亚铁离子，阴极是氢离子放电生成氢气，电解引起腐蚀的速率远大于吸氧腐蚀的速率；
（3）①甲烷燃料电池，甲烷负极失电子发生氧化反应在碱溶液中生成碳酸盐，在电解过程中由于硫酸根离子没参与放电，且阳离子交换膜不允许阴离子自由通过，因此依据质量守恒可以得到阴极区硫酸钠的物质的量不变；
②阳极乙醛被还原为乙醇的定量关系计算得到，注意单位换算．

解答：解：（1）由于阳极材料为铜，所以铜本身失电子被氧化，由题意可知氧化产物为Cu₂O，得到阳极电极反应为2Cu+H₂O-2e^-═Cu₂O+2H⁺，阴极上阳离子放电即溶液中的氢离子放电生成氢气，电极反应为2H⁺+2e^-═H₂↑；
故答案为：2Cu+H₂O-2e^-═Cu₂O+2H⁺；2H⁺+2e^-═H₂↑；
（2）左半区是原电池装置，发生的是铁的吸氧腐蚀，负极电极反应为Fe-2e^-═Fe²⁺，正极电极反应为O₂+2H₂O+4e^-═4OH^-，右半区是电解池阳极电极反应Fe-2e^-═Fe²⁺，阴极电极反应2H⁺+2e^-═H₂↑，由于电解引起腐蚀的速率远大于吸氧腐蚀的速率，因此最先观察到变成红色的区域是④区，故选项abc均错误；
故答案为：d；
（3）①根据电解液中的阳离子的移动方向可知c为阳极，d为阴极，因此直流电源上a为正极，通入氧气，b电极为负极，通入甲烷在碱性条件下被氧化得到碳酸根离子，以此写出电极反应为：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；在电解过程中由于硫酸根离子没参与放电，且阳离子交换膜不允许阴离子自由通过，因此依据质量守恒可以得到阴极区硫酸钠的物质的量不变；
故答案为：CH₄-8e^-+10OH^-═CO₃^2-+7H₂O；不变；
②阴极区发生还原反应乙醛转化为乙醇，设生成乙醇为xKg，依据碳原子守恒得到计算关系式为：
  CH₂CHO-----------------CH₃CH₂OH
  44                        46
  3000×10³÷10⁶×60%        x
x=1.9；
故答案为：1.9．

点评：本题考查了原电池和电解池原理的分析应用，电极判断和电极反应是解题关键，掌握基本原理和实质注意单位的换算计算，题目难度中等．