高中化學(xué)高考備考策略 第六章電解池金屬的電化學(xué)腐蝕與保護

第三講電解池金屬的電化學(xué)腐蝕與保護一、選擇題1．化學(xué)用語是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要工具，下列用來表示物質(zhì)變化的化學(xué)用語中，正確的是()。 A．用惰性電極電解飽和食鹽水時，陽極的電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－=Cl2↑ B．氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．粗銅精煉時，與電源正極相連的是純銅，陽極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋ D．鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的正極反應(yīng)式：Fe－2e－=Fe2＋ 解析電池的負(fù)極發(fā)生的是氧化反應(yīng)，B不對；粗銅精煉時，純銅應(yīng)該連接電源的負(fù)極，C錯；鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，鐵為負(fù)極，D錯。 答案A2．依據(jù)下列甲、乙、丙三圖，判斷下列敘述不正確的是()A．甲是原電池，乙是電鍍裝置B．甲、乙裝置中，鋅極上均發(fā)生氧化反應(yīng)C．乙、丙裝置中，陽極均發(fā)生氧化反應(yīng)而溶解D．乙、丙裝置中，c(Cu2＋)基本不變解析甲為銅鋅原電池，乙為在Zn片上鍍銅的電鍍池，丙為電解精煉銅。答案B3.鋁及鋁合金經(jīng)過陽極氧化，鋁表面能生成幾十微米厚的氧化鋁膜。某研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)法對鋁片表面進行氧化處理。分別以鉛片、鋁片為電極，以硫酸溶液為電解液，按照如圖所示裝置連接電解池裝置，電解40min后取出鋁片，用水沖洗，放在水蒸氣中封閉處理20～30min，即可得到更加致密的氧化膜。下列有關(guān)說法正確的是()。 A．電解時電子從電源負(fù)極→導(dǎo)線→鋁極，鉛極→導(dǎo)線→電源正級 B．在電解過程中，H＋向陽極移動，SOeq\o\al(2－,4)向陰極移動 C．電解過程陽極周圍溶液的pH下降 D．電解的總反應(yīng)為2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑ 解析根據(jù)裝置示意圖分析，鋁片為陽極，鉛片為陰極，所以電解時電子的流向為從電源負(fù)極→導(dǎo)線→鉛極，鋁極→導(dǎo)線→電源正極，A項錯誤；電解過程中，陽離子向陰極移動，陰離子則向陽極移動，B項不正確；根據(jù)題意，電解的總反應(yīng)為：2Al＋3H2Oeq\o(=,\s\up12(電解))Al2O3＋3H2↑，陽極的電極反應(yīng)為：2Al＋3H2O－6e－=Al2O3＋6H＋，陽極周圍的pH下降，C項正確，而D項錯誤。 答案C4．臭氧是常見的強氧化劑，廣泛用于水處理系統(tǒng)。制取臭氧的方法很多，其中高壓放電法和電解純水法原理如下圖所示，下列有關(guān)說法不正確的是()。 A．高壓放電法，反應(yīng)的原理為3O2eq\o(=,\s\up12(放電))2O3 B．高壓放電出來的空氣中，除含臭氧外還含有氮的氧化物 C．電解時，電極b周圍發(fā)生的電極反應(yīng)有3H2O－6e－=O3↑＋6H＋和2H2O－4e－=O2↑＋4H＋ D．電解時，H＋由電極a經(jīng)聚合固體電解質(zhì)膜流向電極b 解析高壓放電法與閃電條件下氧氣部分轉(zhuǎn)化為臭氧類似，其反應(yīng)的原理為：3O2eq\o(=,\s\up12(放電))2O3，因空氣中還含有氮氣，放電條件下，氮氣也能與氧氣反應(yīng)，故有氮氧化物生成，A、B兩項均正確；觀察上圖電解法制臭氧，可發(fā)現(xiàn)有氫氣放出，必由水還原生成，發(fā)生還原反應(yīng)，故a為陰極；同理，由水生成氧氣和臭氧，發(fā)生氧化反應(yīng)，C項正確；因b為陽極，電解質(zhì)中的陽離子移向陰極，故D項錯誤。 答案D5．如圖，a、b是石墨電極，通電一段時間后，b極附近溶液顯紅色。下列說法正確的是()。 A．X極是電源負(fù)極，Y極是電源正極 B．a(chǎn)極的電極反應(yīng)是2Cl－－2e－=Cl2↑ C．電解過程中CuSO4溶液的pH逐漸增大 D．Pt極上有6.4gCu析出時，b極產(chǎn)生2.24L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體 解析由題意知b極為陰極，a極為陽極，a極發(fā)生的電極反應(yīng)為2Cl－－2e－=Cl2↑，Y為負(fù)極，X為正極，故A項錯誤，B項正確，Pt極上的反應(yīng)為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，溶液的酸性增強，pH減小，Pt極上產(chǎn)生O2，Cu極上有Cu析出，C、D項均錯誤。 答案B6．電解100mL含c(H＋)＝mol·L－1下列溶液，當(dāng)電路中通過mol電子時，理論上析出金屬質(zhì)量最大的是()A．mol·L－1AgNO3溶液B．mol·L－1ZnSO4溶液C．mol·L－1CuCl2溶液D．mol·L－1Pb(NO3)2溶液解析根據(jù)金屬活動性順序表可知：Ag和Cu排在H后面，而Zn和Pb排在H以前，所以Ag＋、Cu2＋的氧化性比H＋大，應(yīng)優(yōu)先于H＋放電而析出。因為molAg的質(zhì)量小于molCu的質(zhì)量，所以C項正確。答案C7．以酸性氫氧燃料電池為電源進行電解的實驗裝置如圖所示。A．燃料電池工作時，正極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－=4OH－B．a(chǎn)極是鐵，b極是銅時，b極逐漸溶解，a極上有銅析出C．a(chǎn)、b兩極若是石墨，在相同條件下a極產(chǎn)生的氣體與電池中消耗的H2體積相等D．a(chǎn)極是粗銅，b極是純銅時，a極逐漸溶解，b極上有銅析出解析本題結(jié)合原電池和電解池綜合考查電化學(xué)的基本理論。圖中左側(cè)為氫氧燃料電池，右側(cè)為電解池，燃料電池為酸性介質(zhì)，負(fù)極反應(yīng)為2H2－4e－=4H＋，正極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，A錯誤；a為陽極，b為陰極，金屬鐵作陽極，優(yōu)先失電子，a極逐漸溶解，B錯誤；a、b兩極若是石墨，b極上析出銅，a極上產(chǎn)生O2，C錯誤；粗銅為陽極，銅及比銅活潑的金屬失電子形成離子進入溶液中，銅離子得電子后在b極上析出，D正確。答案D二、非選擇題8．某小組同學(xué)設(shè)想用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來 制取氧氣、氫氣、硫酸和氫氧化鉀。(1)X極與電源的________(填“正”或“負(fù)”)極相連，氫氣從________(選填“A”、“B”、“C”或“D”)口導(dǎo)出。(2)離子交換膜只允許一類離子通過，則M為________(填“陰離子”或“陽離子”，下同)交換膜，N為________交換膜。(3)若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鉀溶液組合為氫氧燃料電池(石墨為電極)，則電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，制得11.2L氫氣，則生成硫酸的質(zhì)量是________，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為________。解析：題圖中左邊加入含硫酸的水，暗示左邊制硫酸，即OH－在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，使左邊溶液中H＋增多，為了使溶液呈電中性，硫酸鉀溶液中的SOeq\o\al(2－,4)通過M交換膜向左邊遷移，即M為陰離子交換膜，由此推知X為陽極，與電源正極相連，B出口產(chǎn)生氧氣，A出口流出硫酸；同理，右側(cè)加入含KOH的水，說明右邊制備KOH溶液，H＋在Y極發(fā)生還原反應(yīng)，說明Y極為陰極，與電源負(fù)極相連，右邊溶液中OH－增多，硫酸鉀溶液中K＋向右遷移，N為陽離子交換膜。所以，C出口產(chǎn)生氫氣，D出口流出KOH溶液。(3)若將制得的氫氣和氧氣在氫氧化鉀溶液中構(gòu)成原電池，正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，負(fù)極反應(yīng)式為2H2－4e－＋4OH－=4H2O。(4)n(H2)＝mol,2H＋＋2e－=H2↑，得電子為1mol，X極的反應(yīng)式為4OH－－4e－=2H2O＋O2↑或2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，根據(jù)電子守恒知，生成H＋的物質(zhì)的量為1mol，故生成molH2SO4，m(H2SO4)＝49g。答案：(1)正C(2)陰離子陽離子(3)H2－2e－＋2OH－=2H2O(4)49g×10239．對金屬制品進行抗腐蝕處理，可延長其使用壽命。 (1)以下為鋁材表面處理的一種方法： ①堿洗的目的是除去鋁材表面的自然氧化膜，堿洗時常有氣泡冒出，原因是_________________________________________________________________ (用離子方程式表示)。為將堿洗槽液中的鋁以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列試劑中的________。a．NH3b．CO2c．NaOHd．HNO ②以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極電極反應(yīng)式為________。取少量廢電解液，加入NaHCO3溶液后產(chǎn)生氣泡和白色沉淀，產(chǎn)生沉淀的原因是______________________________________________ _______________________________________________________________。 (2)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時用銅而不用石墨作陽極的原因是_______________________________________________________________。 (3)利用右圖裝置，可以模擬鐵的電化學(xué)防護。 若X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，開關(guān)K應(yīng)置于________處。若X為鋅，開關(guān)K置于M處，該電化學(xué)防護法稱為______________。 解析(1)①題中指出在堿洗時有氣泡產(chǎn)生，則只有金屬鋁與堿反應(yīng)才符合條件，故堿洗過程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Al2O3＋2OH－＋H2O=2AlOeq\o\al(－,2)、2Al＋2OH－＋4H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑。堿洗后溶液中含有大量AlOeq\o\al(－,2)，故最好通入CO2氣體使AlOeq\o\al(－,2)轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀以回收鋁。②活潑金屬作陽極，陽極材料本身失電子被氧化，其氧化產(chǎn)物為Al2O3，由此可得陽極反應(yīng)式為2Al＋3H2O－6e－=Al2O3＋6H＋。加入NaHCO3溶液后，Al3＋與HCOeq\o\al(－,3)發(fā)生相互促進的水解反應(yīng)，離子方程式可表示為Al3＋＋3HCOeq\o\al(－,3)=Al(OH)3↓＋3CO2↑。(2)電鍍時若用石墨作陽極，則電解過程中電解液中Cu2＋濃度不斷減小，導(dǎo)致鐵表面不能鍍上均勻的銅。(3)若X為碳棒，則只能用外加電源的陰極保護法，此時開關(guān)K應(yīng)置于N處。若X為Zn，K置于M處，其保護原理為犧牲陽極的陰極保護法。 答案(1)①2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑b②2Al＋3H2O－6e－=Al2O3＋6H＋HCOeq\o\al(－,3)與Al3＋發(fā)生水解相互促進反應(yīng)，產(chǎn)生Al(OH)3沉淀(2)補充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋濃度恒定(3)N犧牲陽極的陰極保護法10．如圖為相互串聯(lián)的甲、乙兩個電解池，X、Y為直流電源的兩個電極。電解過程中，發(fā)現(xiàn)石墨電極附近先變紅。請回答：(1)電源X極為______極(填“正”或“負(fù)”)，乙池中Pt電極上的電極反應(yīng)式為______。(2)甲池若為電解精煉銅的裝置，其陰極增重g，則乙池中陰極上放出的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為______，電路中通過的電子為______mol。(3)若乙池剩余溶液的體積仍為400mL，則電解后所得溶液c(OH－)＝____________。解析(1)由題意得X極為正極，Pt電極為電解池的陽極，電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－=Cl2↑。(2)甲池的陰極電極反應(yīng)式：Cu2＋＋2e－=Cu。乙池的陰極電極反應(yīng)式：2H＋＋2e－=H2↑由電子守恒得：Cu～2e－～H264g2molL12．8gn(e－)V(H2)則：n(e－)＝mol，V(H2)＝L(3)乙池發(fā)生反應(yīng)：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(電解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑2Ln(OH)－Ln(OH－)＝mol電解后所得溶液c(OH－)＝1mol·L－1答案(1)正2Cl－－2e－=Cl2↑(2)L(3)1mol·L－111．如下圖裝置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性電極，甲、乙中溶液的體積和濃度都相同(假設(shè)通電前后溶液體積不變)，A、B為外接直流電源的兩極。將直流電源接通后，F(xiàn)極附近呈紅色。 請回答： (1)B極是電源的________，一段時間后，甲中溶液顏色________，丁中X極附近的顏色逐漸變淺，Y極附近的顏色逐漸變深，這表明____________________，在電場作用下向Y極移動。 (2)若甲、乙裝置中的C、D、E、F電極均只有一種單質(zhì)生成時，對應(yīng)單質(zhì)的物質(zhì)的量之比為______________。 (3)現(xiàn)用丙裝置給銅件鍍銀，則H應(yīng)該是________(填“鍍層金屬”或“鍍件”)，電鍍液是________溶液。當(dāng)乙中溶液的pH是13時(此時乙溶液體積為500mL)，丙中鍍件上析出銀的質(zhì)量為________，甲中溶液的pH________(填“變大”、“變小”或“不變”)。 (4)若將C電極換為鐵，其他裝置都不變，則甲中發(fā)生總反應(yīng)的離子方程式是_______________________________________________________________ _______________________________________________________________。 解析(1)F極附近呈紅色，說明F是陰極，E是陽極，則A為正極，B為負(fù)極。甲中因Cu2＋放電使溶液顏色變淺。丁中Y極附近顏色變深，說明Fe(OH)3膠粒向陰極移動，即Fe(OH)3膠粒帶正電荷。(2)C、D、E、F的電極產(chǎn)物分別為O2、Cu、Cl2、H2，由于電路中通過的電