Question

【題目】電浮選凝聚法是工業上采用的一種污水處理方法：保持污水的pH在5.0～6.0，

通過電解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉積下來，具有凈化水的作用。陰極產生的氣泡把污水中懸浮物帶到水面形成浮渣層，棄去浮渣層，即起到了浮選凈化的作用。某科研小組用電浮選凝聚法處理污水，設計的裝置示意圖如下圖所示。

（1）實驗時若污水中離子濃度較小，導電能力較差，產生氣泡速率緩慢，無法使懸浮物形成浮渣。此時，應向污水中加入適量的________。

a．H2SO4　　　　　b．CH3CH2OH c．Na2SO4 d．NaOH

（2）電解過程中，電解池陽極發生了兩個電極反應，其中一個為2H2O－4e－＝O2↑＋4H＋，則另一個電極反應式為_____________________________。

（3）電解池溶液中得到Fe(OH)3沉淀的離子方程式為_____________________________。

（4）熔融鹽燃料電池以熔融碳酸鹽為電解質，CH4為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料為電極。

①正極的電極反應式為______________________________________；

②為了使該燃料電池長時間穩定運行，電池的電解質組成應保持穩定。為此電池工作時必須有部分A物質參加循環。則A物質的化學式是___________。

（5）實驗過程中，若在陰極產生了44.8 L（標準狀況）氣體，則熔融鹽燃料電池消耗CH4（標準狀況）________L。

Answer 1

【答案】c Fe－2e－===Fe2＋ 4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋或4Fe2＋＋4H+＋O2===4Fe3+＋2H2O，Fe3++3OH－===Fe(OH)3↓ O2＋2CO2＋4e－===2CO32-(或2O2＋4CO2＋8e－===4CO32-) CO2 11.2

【解析】

A裝置為電解池，B裝置為原電池裝置，原電池工作時，通入甲烷的一級為負極，發生氧化反應，負極電極反應是CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O，通入氧氣的一極為正極，發生還原反應，正極反應為O2+2CO2+4e-=2CO32-，電解池中Fe為陽極，發生Fe-2e-=Fe2+，陰極的電極反應為：2H++2e-=H2↑，二價鐵離子具有還原性，能被氧氣氧化到正三價，4Fe2++10H2O+O2=4Fe（OH）3↓+8H+。

（1）由題意可知，保持保持污水的pH在5.0～6.0之間，通過電解生成Fe（OH）3沉淀時，加入能使溶液導電能力增強的電解質，必須是可溶于水的、顯中性的鹽，故選c，故答案為：c；

（2）燃料電池中通入空氣的電極是正極，通入甲烷的電極是負極，鐵與正極相連作陽極，活潑金屬電極做電解池的陽極時，電極本身失去電子，電極反應式為Fe-2e-＝Fe2+，故答案為：Fe-2e-＝Fe2+；

（3）陽極鐵失去電子轉化為亞鐵離子，亞鐵離子具有還原性，能被氧氣氧化生成鐵離子，鐵離子與氫氧根離子結合生成氫氧化鐵紅褐色沉淀，反應的離子方程式可表示為4Fe2++10H2O+O2＝4Fe（OH）3↓+8H+，故答案為：4Fe2++10H2O+O2＝4Fe（OH）3↓+8H+；

（4）①燃料電池中，正極得到電子發生還原反應，即一定是氧氣得電子的過程。由于電解質是熔融碳酸鹽，因此正極電極反應為O2+2CO2+4e-＝2CO32-，故答案為：O2+2CO2+4e-＝2CO32-；

②負極甲烷失去電子轉化為CO2，而正極需要消耗CO2，所以可以循環利用的物質是CO2，故答案為：CO2；

（5）陰極電極反應為2H++2e-＝H2↑，即44.8L（標準狀況）氣體是氫氣，物質的量是2mol，轉移電子的物質的量為4mol。根據電池的負極電極反應CH4+4CO32--8e-＝5CO2+2H2O可知當轉移4mol電子時，消耗CH40.5mol，在標準狀況下的體積V＝0.5mol×22.4L/mol＝11.2L，故答案為：11.2。