目前电解除磷装置多采用铁板或铝板作为电极,电极板浸没在水中,阳极在直流电源作用下电解产生Fe2+或Al3+,Fe2+可进一步被氧化生成Fe3+,这些离子能与污水中的P反应生成不溶性化合物,可通过固液分离被去除。此外,在不同pH条件下,部分金属离子会与污水中的OH-生成铁或铝的羟基化合物及沉淀物,污水中的P会吸附在这些沉淀物的表面并随其一起被去除。同时,阴极生成的H2在污水中会产生气浮现象,使污水中的颗粒物漂浮到表面而得以去除。目前国内已有不少关于电解除磷装置的研究,但由于其短时间内处理的污水量有限及存在的其他一些技术问题限制了其在生活污水处理装置末端上的连续应用。

问题1.根据材料分析电解除磷时为什么将铝板或铁板作阳极?(素养角度——宏观辨识与微观探析)

提示:阳极在直流电源作用下电解产生Fe2+或Al3+,提供能与磷酸根结合生成沉淀的阳离子。

问题2.用铁作电极,利用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9～10,CN-与阳极产生的ClO-反应生成无污染的气体。思考在该装置中铁应该作什么电极?(素养角度——证据推理与模型认知)

提示:阳极产生ClO-,发生的反应为Cl-+2OH--2e-ClO-+H2O,所以阳极一定是石墨电极,铁电极作阴极。

问题3.根据所学知识分析,电解法除去废水中的磷元素,可能会面临哪些技术难题?(素养角度——科学探究与创新意识)

提示:金属阳极易发生钝化现象,导致通过稳压电解系统的电流逐渐减小,进而影响电解除磷的效率;电解反应后的出水无法达到色度指标:一方面,电解过程中溶出较多Fe3+会使水体呈现黄棕色甚至棕红色;另一方面,Fe2+与水中成色物质形成难以絮凝沉降的有机铁化合物,使原水变色。

1.(2020·重庆模拟)用铁和石墨作电极电解酸性废水,可将废水中的P以FePO4(不溶于水)的形式除去,其装置如图所示。

下列说法中正确的是 (　　)

A.若X、Y电极材料连接反了,则仍可将废水中的P除去

B.X极为石墨,该电极上发生氧化反应

C.电解过程中Y极周围溶液的pH减小

D.电解时废水中会发生反应:4Fe2++O2+4H++4P4FePO4↓+2H2O

【解析】选D。根据题意分析,X电极材料为铁,Y电极材料为石墨,若X、Y电极材料连接反了,铁就不能失电子变为离子,也就不能生成FePO4,A项错误;Y电极材料为石墨,该电极发生还原反应,B项错误;电解过程中Y电极上发生的反应为2H++2e-H2↑,氢离子浓度减小,溶液的pH变大,C项错误;铁在阳极失电子变为Fe2+,通入的氧气把Fe2+氧化为Fe3+,Fe3+与P反应生成FePO4,D项正确。

2.在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH),可获得清洁能源H2。其原理如图所示。下列有关说法不正确的是 (　　)

A.电源B极为负极

B.通电后,若有0.1 mol H2生成,则转移0.2 mol电子

C.通电后,H+通过质子交换膜向右移动,最终右侧溶液pH减小

D.与电源A极相连的惰性电极上发生的反应为CH3COOH-8e-+2H2O2CO2↑+8H+

【解析】选C。电解有机废水(含CH3COOH),在阴极上氢离子得电子生成氢气,即2H++2e-H2↑,则连接阴极的B极为负极,选项A正确;通电后,若有0.1 mol H2生成,根据电极反应式2H++2e-H2↑可知转移0.2 mol电子,选项B正确;在阴极上氢离子得电子生成氢气,但是氢离子会经过质子交换膜向右移动进入阴极室,阴极室的pH几乎保持不变,选项C不正确;与电源A极相连的惰性电极是阳极,电极反应式为CH3COOH-8e-+2H2O2CO2↑+8H+,选项D正确。