電化學(xué)原理被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活的許多方面,利用電解法脫除煤中的含硫物質(zhì)【主要成分是二硫化亞鐵(FeS
2)】的原理如圖所示。
(1)陰極石墨棒上有無(wú)色氣體產(chǎn)生,陰極的電極反應(yīng)式是
2H++2e-═H2↑
2H++2e-═H2↑
。
(2)補(bǔ)全脫硫反應(yīng)的離子方程式:
FeS2+14Fe3++8H2O═2SO42?+15Fe2++16H+
FeS2+14Fe3++8H2O═2SO42?+15Fe2++16H+
[]FeS
2+[]____+[]____═[]
+[]____+[]____
(3)相同反應(yīng)時(shí)間,F(xiàn)eCl
3對(duì)脫硫率的影響如圖所示。
①電解脫硫過程中,F(xiàn)eCl
3所起的作用是
催化劑
催化劑
②FeCl
3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.5%時(shí),脫硫率隨FeCl
3濃度的增大而下降,結(jié)合電極反應(yīng)式解釋可能的原因是
隨著FeCl3濃度的增大,可能發(fā)生Fe3+在陰極放電或者Cl?在陽(yáng)極放電等副反應(yīng),導(dǎo)致與FeS2反應(yīng)的Fe3+濃度減小,脫硫率降低;或隨著FeCl3濃度的增大,平衡Fe3++3H2O?Fe(OH)3+3H+正向移動(dòng),產(chǎn)生更多Fe(OH)3 膠體,導(dǎo)致煤漿聚沉,脫硫率降低
隨著FeCl3濃度的增大,可能發(fā)生Fe3+在陰極放電或者Cl?在陽(yáng)極放電等副反應(yīng),導(dǎo)致與FeS2反應(yīng)的Fe3+濃度減小,脫硫率降低;或隨著FeCl3濃度的增大,平衡Fe3++3H2O?Fe(OH)3+3H+正向移動(dòng),產(chǎn)生更多Fe(OH)3 膠體,導(dǎo)致煤漿聚沉,脫硫率降低
。
(4)研究發(fā)現(xiàn),電解時(shí)若電壓過高,陽(yáng)極有副反應(yīng)發(fā)生,造成電解效率低。
電解效率η的定義:η(B)=
100%
某電壓下電解100mL煤漿-FeCl
3-H
2SO
4混合液,煤漿中除FeS
2外不含其他含硫物質(zhì),混合液中H
2SO
4濃度為0.01mol?L
-1,F(xiàn)eCl
3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%。當(dāng)陰極收集到224mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體時(shí)(陰極無(wú)副反應(yīng)發(fā)生),測(cè)得溶液中
c(
)=0.02mol?L
-1,η(
)=
35%
35%
(忽略電解前后溶液的體積變化)。
(5)利用電解法脫硫的優(yōu)點(diǎn)有
脫硫速率快、Fe3+可循環(huán)利用,制取高純H2等
脫硫速率快、Fe3+可循環(huán)利用,制取高純H2等
(寫出一點(diǎn)即可)。