Question

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+H₂OCH₃CH₂OH+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           (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：① 4OH^－－4e^－＝O₂↑+2H₂O②                             。

阴极：①                   。②CH₃CHO+2e^－+2H₂O＝CH₃CH₂OH+2OH^－

(3)电解过程中，阴极区Na₂SO₄的物质的量          (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          (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)高纯度氧化铝是用于制备隔膜的材料，某研究小组用以下流程制取高纯度氧化铝：

①“除杂”操作是加入过氧化氢后，用氨水调节溶液的pH约为8.0，以除去硫酸铵溶液中的少量Fe²⁺。请写出在除去Fe²⁺离子的过程中，发生的主要反应的离子方程式                。

②配制硫酸铝溶液时，需用硫酸酸化，酸化的目的是                   。

③“结晶”这步操作中，母液经蒸发浓缩至溶液表面刚出现薄层晶体即停止加热，然后冷却结晶，得到铵明矾晶体(含结晶水)。母液不能蒸干的原因是                      。

Answer

(1)CH4 (2)CH3CHO－2e－＋H2O＝CH3COOH＋2H＋

2H＋＋2e－＝H2↑或4H2O＋4e－＝2 H2↑＋4OH－

(3)不变 (4)abd (5)①2Fe2++H2O2+4NH3•H2O=2Fe(OH)3↓+4NH4+

②抑制(防止)Al3+水解 ③减少可溶性杂质的析出及Al3+水解

【解析】

试题分析：(1)b为原电池的负极，发生氧化反应，应通入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-；

(3)硫酸钠不参与电解反应，物质的量不变；

(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(SO42-)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(SO42-)+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)①亚铁离子具有还原性，双氧水具有强氧化性，在碱性溶液中，亚铁离子被氧化生成铁离子，铁离子与氢氧根结合生成氢氧化铁沉淀，此反应的离子反应方程式为：2Fe2++H2O2+4NH3•H2O=2Fe(OH)3↓+4NH4+；

②由于铝离子在溶液中能够发生水解生成氢氧化铝，所以加入硫酸酸化，抑制了铝离子的水解；

③由于蒸干会析出可溶性杂质的析出，且Al3+水解程度增大，所以母液不能蒸干。

【考点定位】考查原电池和电解池的反应原理、工艺流程、离子检验、盐类水解、对条件的控制选择、物质的分离提纯等。

【名师点晴】考查理解工艺流程原理是解题的关键，在电化学装置图中，有电源的是电解池，与电源正极连接的电极为阳极，与电源负极连接的电极为阴极。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。若阳极是活性电极(除金、铂、石墨之外的电极)，则是电极失去电子，发生氧化反应；若为惰性电极，则是溶液中的阴离子放电失去电子；在阴极则是溶液中的阳离子获得电子发生还原反应。掌握离子的放电顺序是正确书写电极反应式和总反应方程式的关键。以甲醇为燃料的燃料电池。注意正负极上电极反应式的书写要结合电解质溶液的酸碱性，即使燃料和氧化剂相同，如果电解质溶液不同，电极反应式也不同。本题中通过电子的移动方向知，左半极为负极，右半极为正极；燃料电池中，负极上投放燃料，燃料在负极上失电子发生氧化反应；正极上投放氧化剂，氧化剂在正极上得电子发生还原反应。