情境活動(dòng)課課題以“電化學(xué)法處理廢水”為載體解決化學(xué)反應(yīng)與電能問題第四章

化學(xué)反應(yīng)與電能電化學(xué)法可以處理廢水中的多種有機(jī)物、重金屬等。例如，對(duì)制藥廢水、肉類加工廢水、電鍍廢水等的處理都有顯著效果。目前世界各國(guó)對(duì)工業(yè)廢水的處理研究甚多，其中電化學(xué)法設(shè)備占地面積小，操作靈活，排污量小，不僅可以處理無(wú)機(jī)污染物，也可以處理有機(jī)污染物，甚至連一些無(wú)法生物降解的有毒有機(jī)物與某些含重金屬的污水都可用此方法進(jìn)行處理；

再加上風(fēng)力、核電等新興發(fā)電技術(shù)的大力發(fā)展和推廣應(yīng)用帶來(lái)的電能成本降低，使得電化學(xué)方法在治理廢水方面具有更大的優(yōu)勢(shì)。如圖裝置是一種微生物脫鹽電池的裝置，它可以通過處理有機(jī)廢水(以含CH3COO－的溶液為例)獲得電能，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)海水淡化。已知a、b電極為惰性電極，X、Y均為離子交換膜。原電池的工作原理活動(dòng)1

判斷a極和b極的電極名稱？[提示]

根據(jù)圖示可知，在a極上CH3COO－失去電子被氧化生成CO2和H＋，碳元素化合價(jià)升高，被氧化，所以a極為該原電池的負(fù)極，則b極為正極?；顒?dòng)2

判斷X、Y離子交換膜的類型？[提示]

為了實(shí)現(xiàn)海水的淡化，海水中的氯離子需要移向負(fù)極，即a極，則X為陰離子交換膜，鈉離子需要移向正極，即b極，則Y為陽(yáng)離子交換膜?；顒?dòng)3

寫出a極的電極反應(yīng)式，判斷H＋能否移向正極？[提示]

a極為負(fù)極，CH3COO－失去電子被氧化生成CO2，同時(shí)產(chǎn)生H＋，則結(jié)合電荷守恒可得電極反應(yīng)式為CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，由于X是陰離子交換膜，所以阻礙生成的H＋向正極移動(dòng)，即H＋不能移向正極。活動(dòng)4

當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，在b極室可以生成多少克NaOH?[提示]

當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時(shí)，會(huì)有1molNa＋進(jìn)入b極室形成1molNaOH，其質(zhì)量是40g。積極推進(jìn)污水資源化利用，既可緩解水的供需矛盾，又可減少水污染。采用電解法可以除去工業(yè)污水中的CN－，原理如圖所示。通電前先向含CN－的污水中加入適量NaCl并調(diào)整其pH維持堿性(CN－不參與電極反應(yīng))。

電解池的工作原理活動(dòng)1

判斷電源X、Y極的名稱？隔膜1是陽(yáng)離子交換膜還是陰離子交換膜？[提示]

右側(cè)氯離子放電產(chǎn)生次氯酸根離子，次氯酸根離子氧化CN－生成氮?dú)?，右?cè)電極是陽(yáng)極，則電源的X極是負(fù)極，Y極是正極。左側(cè)氫離子放電，產(chǎn)生氫氧化鈉，所以鈉離子向左側(cè)移動(dòng)，所以隔膜1是陽(yáng)離子交換膜?；顒?dòng)2

電解過程中，陰極區(qū)溶液的pH如何變化？[提示]

電解過程中，陰極區(qū)氫離子放電，產(chǎn)生氫氧化鈉，溶液的pH變大?；顒?dòng)3

寫出該裝置中右側(cè)電極的電極反應(yīng)式。[提示]

ClO－是電極產(chǎn)物，溶液顯堿性，電極反應(yīng)式為2OH－＋Cl－－2e－===ClO－＋H2O?；顒?dòng)4

當(dāng)生成2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)N2時(shí)，電路中通過多少摩爾電子？[提示]

當(dāng)生成2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)N2時(shí)即0.1mol氮?dú)猓鶕?jù)反應(yīng)5ClO－＋2CN－＋H2O===5Cl－＋2CO2↑＋N2↑＋2OH－，消耗0.5mol次氯酸根離子，氯元素化合價(jià)從＋1價(jià)降低到－1價(jià)，得到2個(gè)電子，則電路中通過1mol電子。某化肥廠排放含大量磷酸二氫銨(NH4H2PO4)的廢水，擬采用甲烷燃料電池為電源，用電化學(xué)滲析法處理廢水并提取化工產(chǎn)品氨水和濃磷酸。裝置如圖所示。

原電池、電解池的工作原理的綜合應(yīng)用活動(dòng)1

膜1、膜2為陽(yáng)離子交換膜還是陰離子交換膜？

活動(dòng)2

判斷a、b電極的名稱是什么？[提示]

a極為陰極，b極為陽(yáng)極?；顒?dòng)3

消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下2.24L甲烷，理論上生成H3PO4的質(zhì)量是多少？

1．“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”，意味著對(duì)大氣污染防治比過去要求更高。二氧化硫—空氣質(zhì)子交換膜燃料電池實(shí)現(xiàn)了制硫酸、發(fā)電、環(huán)保三位一體的結(jié)合，原理如圖所示。下列說法正確的是(

)A．該電池放電時(shí)質(zhì)子從電極b移向電極aB．相同條件下，放電過程中消耗的SO2和O2的體積比為2∶1C．電極a附近發(fā)生的電極反應(yīng)為SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋D．電極b附近發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－

√

2．基于水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)CO＋H2O===H2＋CO2，通過電化學(xué)裝置制備純氫的原理示意圖如下。下列說法不正確的是(

)

√

3．利用熱再生氨電池可實(shí)現(xiàn)CuSO4電鍍廢液的濃縮再生，同時(shí)利用該電池電解Na2SO4溶液(a、b