高考化学一轮全程复习构想检测第九章电化学基础课时训练27人教版.docx
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高考化学一轮全程复习构想检测第九章电化学基础课时训练27人教版
课时训练27 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
一、选择题(本题包括12小题,每小题4分,共48分,每小题只有一个选项符合题目要求)
1.
下列描述中,不符合生产实际的是( )
A.电解熔融的氧化铝制取金属铝时用铁作阳极
B.电解法精炼粗铜时用纯铜作阴极
C.电解饱和食盐水制烧碱时用涂镍碳钢网作阴极
D.在镀件上电镀锌时用锌作阳极
解析:
铁作阳极时,铁发生氧化反应生成Fe2+而进入电解液中,在阴极析出使铝不纯。
答案:
A
2.下列关于金属腐蚀的说法正确的是( )
A.金属在潮湿的空气中腐蚀的实质是:
M+nH2O===M(OH)n+
H2↑
B.金属的化学腐蚀的实质是:
M-ne-===Mn+,电子直接转移给还原剂
C.金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行
D.在潮湿的中性环境中金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
解析:
金属在潮湿的空气中发生的如果是吸氧腐蚀,则不生成氢气。
金属发生化学腐蚀时,电子直接转移给氧化剂。
金属的化学腐蚀不一定在酸性条件下进行。
答案:
D
3.
常温下,用惰性电极电解下列物质的量浓度为1mol·L-1的溶液,pH保持不变的是( )
A.盐酸
B.NaOH溶液
C.Na2SO4溶液
D.AgNO3溶液
解析:
本题考查电解原理,意在考查学生对电解原理的理解及分析判断能力。
A项,酸性减弱;B项实质是电解水,碱性增强;C项实质是电解水,溶液始终显中性;D项是Ag+和OH-放电,溶液酸性增强。
答案:
C
4.
如图为电解精炼粗银(含Al、Zn、Pt、Au等杂质)的示意图,其中b极有少量无色气体生成,该气体遇空气变红棕色,下列说法不正确的是( )
A.在电解过程中,含有杂质的粗银应是电极a
B.b极生成气体的电极反应式为NO
+3e-+4H+===NO↑+2H2O
C.当纯银片增重2.16g时,电路中通过0.02mol电子
D.电解后Pt、Au以单质的形式沉积在a极下方
解析:
电解时,粗银为阳极,接电源正极,A项正确;b电极生成NO,该气体是NO
得电子发生还原反应产生的,B项正确;阳极上Ag发生氧化反应,Al、Zn也发生氧化反应,阳极上Ag+发生还原反应,NO
也发生还原反应,故纯银片增重2.16g时,电路中通过的电子大于0.02mol,C项错误;Pt、Au不能发生氧化反应,D项正确
答案:
C
5.
以石墨为电极,电解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。
下列说法错误的是( )
A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体
C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH变小
解析:
本题考查电解池原理。
电解KI溶液,阳极发生氧化反应:
2I--2e-===I2,阴极发生还原反应:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-,总反应为2KI+2H2O
I2+H2↑+2KOH。
A项,阴极附近溶液呈碱性,遇酚酞变红,正确;B项,阴极生成H2,正确;C项,阳极生成I2,遇淀粉变蓝,正确;D项,根据总反应知,溶液pH增大,错误。
答案:
D
6.
用惰性电极电解某无色溶液时,有如下实验现象:
阳极上有无色气体产生;阴极附近有白色沉淀生成。
则原溶液中可能大量共存的离子组是( )
A.Na+、Ba2+、NO
、Cl-
B.H+、Mg2+、Na+、SO
C.CO
、K+、Cl-、Na+
D.Fe3+、NO
、SO
、Na+
解析:
本题主要考查离子反应知识和电化学知识,意在考查学生分析问题和解决(解答)化学问题的能力。
A、C项,用惰性电极电解时,阳极上均是Cl-失电子生成Cl2,Cl2不是无色气体;D项中Fe3+有颜色,可排除。
答案:
B
7.
如图所示,将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中。
下列分析正确的是( )
A.K1闭合,铁棒上发生的反应为2H++2e-―→H2↑
B.K1闭合,石墨棒周围溶液pH逐渐升高
C.K2闭合,铁棒不会被腐蚀,属于牺牲阳极的阴极保护法
D.K2闭合,电路中通过0.002NA个电子时,两极共产生0.001mol气体
解析:
本题考查电化学知识,考查学生综合思维能力。
A项,K1闭合时,装置为原电池,负极Fe的反应为Fe-2e-===Fe2+,错误;B项,石墨棒为正极,电极反应为O2得电子还原为OH-,因此石墨棒周围溶液pH升高,正确;C项,K2闭合,装置为电解池,铁为阴极被保护,该保护方法是外接电源的阴极保护法,错误;D项,电解饱和食盐水,当电路中通过0.002mol电子时,阴阳两极分别产生H2、Cl2,气体物质的量均为0.001mol,错误。
答案:
B
8.
某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其他均为Cu,则( )
A.电流方向:
电极Ⅳ→A→电极Ⅰ
B.电极Ⅰ发生还原反应
C.电极Ⅱ逐渐溶解
D.电极Ⅲ的电极反应:
Cu2++2e-===Cu
解析:
本题考查电化学,考查学生分析问题的能力。
由题意知,图中左侧装置构成双液原电池,电极Ⅰ为负极,发生氧化反应,B项错误;电极Ⅱ为正极,发生反应:
Cu2++2e-===Cu,C项错误;右侧装置为电解池,电极Ⅲ为阳极,发生反应:
Cu-2e-===Cu2+,D项错误;电极Ⅳ为阴极,电路中电流由电极Ⅳ经电流表到电极Ⅰ,A项正确。
答案:
A
9.1L某溶液中含有的离子如下表:
离子
Cu2+
Al3+
NO
Cl-
物质的量浓度(mol/L)
1
1
a
1
用惰性电极电解该溶液,当电路中有3mole-通过时(忽略电解时溶液体积的变化及电解产物可能存在的溶解现象),下列说法正确的是( )
A.电解后溶液的pH=0
B.a=3
C.阳极生成1.5molCl2
D.阴极析出的金属是铜与铝
解析:
根据电子守恒可知,该反应过程中涉及的反应有:
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑(产生氯气的体积,标况下为0.5mol),4OH--4e-===2H2O+O2↑;阴极:
Cu2++2e-===Cu,2H++2e-===H2↑。
从电子守恒的角度知,电解后溶液的pH=0,A项正确,从电荷守恒的角度可知,a=4,B不正确。
答案:
A
10.
如图装置电解一段时间,当某极析出0.32gCu时,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液pH分别为(常温下,溶液足量,体积均为100mL且电解前后溶液的体积变化忽略不计)( )
A.13、7、1B.12、7、2
C.1、7、13D.7、13、1
解析:
本题考查了电解装置及pH的计算,意在考查学生综合分析问题的能力和逻辑思维能力。
Ⅰ中发生反应:
2KCl+2H2O
2KOH+Cl2↑+H2↑,Ⅱ中反应的实质是电解水,pH=7,Ⅲ中发生反应:
2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑,三个电解槽串联,则三个电解槽相同时间内转移电子的物质的量相同:
n(e-)=2n(Cu)=2×0.32g÷(64g/mol)=0.01mol,所以Ⅰ中的产物:
n(H2)=0.005mol,n(KOH)=0.01mol,c(OH-)=
=0.1mol/L,则pH=13,Ⅲ中的产物:
n(H2SO4)=n(Cu)=0.005mol,c(H+)=
=0.1mol/L,所以pH=1。
答案:
A
11.
铝阳极氧化处理后形成的氧化膜比铝的天然氧化膜耐磨性、耐腐蚀性及装饰性有明显的提高,工业中以铝为阳极,置于硫酸中电解,装置如图所示。
下列说法正确的是( )
A.阳极电极方程式为Al+6OH--3e-===Al2O3+H2O
B.随着电解的进行,溶液的pH逐渐增大
C.当阴极生成气体3.36L(标准状况)时,阳极增重2.4g
D.电解过程中H+移向Al电极
解析:
本题考查了电解原理及应用,意在考查学生对电解原理的理解以及计算能力。
由题给电解装置图可知,铝作阳极,发生反应:
2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+,A选项错误;阴极发生反应:
6H++6e-===3H2↑,溶液中水被消耗,pH逐渐减小,B选项错误;阴极生成气体3.36L(标准状况)即0.15mol,转移电子0.3mol,则阳极增重2.4g,C选项正确;电解过程中阳离子移向阴极,即H+移向石墨电极,D选项错误。
答案:
C
12.
镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。
NiMH中的M表示储氢金属或合金。
该电池在充电过程中的总反应方程式是:
Ni(NO)2+M===NiOOH+MH
已知:
6NiOOH+NH3+H2O+OH-===6Ni(OH)2+NO
下列说法正确的是( )
A.NiMH电池放电过程中,正极的电极反应式为:
NiOOH+H2O+e-===Ni(OH)2+OH-
B.充电过程中OH-离子从阳极向阴极迁移
C.充电过程中阴极的电极反应式:
H2O+M+e-===MH+OH-,H2O中的H被M还原
D.NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液
解析:
从所给方程式知:
电池的正极是NiOOH,负极是MH。
B项,OH-是阴离子,向阳极移动,错。
C项,H2O中的H+被阴极提供的电子还原,不是被M还原,错。
D项,从信息知:
NiOOH与NH3能发生氧化还原反应,所以不能用氨水作电解质,错。
考法点拨:
有关原电池,通常考法有:
给出原电池反应方程式(或给出电池原理图),四个选项分别考查反应是氧化还是还原、粒子的移动方向、电极反应(放电或充电)、电极的连接、计算(电子转移数目、质量变化、气体体积)等。
点拨:
首先根据信息方程式或图找出正、负极,再
写出正、负极的电极反应,各种设问便可迎刃而解。
答案:
A
二、非选择题(本题共4小题,共52分)
13.(11分)
如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜。
请按要求回答相关问题:
(1)甲烷燃料电池负极反应式是_______________________。
(2)石墨(C)极的电极反应式为_________________________。
(3)若在标准状况下,有2.24L氧气参加反应,则乙装置中铁极上生成的气体体积为________L;丙装置中阴极析出铜的质量为________g。
(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置(如图所示)。
若用于制漂白液,a为电池的________极,电解质溶液最好用________。
若用于制Fe(OH)2,使用硫酸钠溶液作电解质溶液,阳极选用________作电极。
解析:
本题主要考查了甲烷燃料电池、电解氯化钠溶液制烧碱以粗铜精炼、制备漂白液和氢氧化亚铁等知识,意在考查学生对原电池原理和电解原理的综合应用能力。
(1)甲烷燃料电池负极上发生氧化反应,即甲烷在负极上被氧化。
在KOH溶液中甲烷被氧化后生成碳酸钾,负极反应为CH4+10OH--8e-===CO
+7H2O。
(2)原电池的负极与电解池的阴极相接,铁极为阴极,则C极为阳极,在C极上发生氧化反应,电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑。
(3)n(O2)=
=0.1mol,甲池中正极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-,由电子守恒知,经过甲、乙、丙装置的电子的物质的量为0.4mol。
乙池中的铁极与甲池的负极相连,铁极为阴极,发生还原反应,电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,n(H2)=
=0.2mol,V(H2)=0.2mol×22.4L·mol-1=4.48L。
丙池中精铜为阴极,发生还原反应,电极反应为Cu2++2e-===Cu,n(Cu)=
=0.2mol,n(Cu)=0.2mol×64g·mol-1=12.8g。
(4)漂白液的有效成分是次氯酸盐,制备原理是2Cl-+2H2O
2OH-+Cl2↑+H2↑,Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O,气体与液体反应,最好采用逆向接触,即气体在下端产生,碱溶液在上端生成,使其充分反应,所以该装置的下端为阳极,上端为阴极,阴极与电源负极相连,故a极为负极。
生活中常见且廉价的氯化物是氯化钠,故电解质溶液最好用饱和氯化钠溶液。
若制备氢氧化亚铁,用硫酸钠溶液作电解质溶液,选用铁作阳极。
答案:
(1)CH4+10OH--8e-===CO
+7H2O
(2)2Cl--2e-===Cl2↑ (3)4.48 12.8
(4)负 饱和氯化钠溶液(或饱和食盐水) 铁
14.(13分)
如图所示,若电解5min时,铜电极质量增加2.16g。
试回答:
(1)电源电极X名称为______(填“正极”或“负极”)。
(2)电解池中溶液的pH变化:
B________(填“增大”、“减小”或“不变”,下同),C________。
(3)B中的阳极的电极反应式为______________;若通电5min时B中共收集224mL气体(标准状况),溶液体积为200mL,则通电前硫酸铜溶液的物质的量浓度约为________。
(4)A中发生反应的化学方程式为______________。
若A中KCl溶液的体积也是200mL,电解后溶液的pH=________。
(5)若将C装置单独取出,导线连接铜、银后,请写出负极的电极反应式:
________。
解析:
(1)C装置中铜电极上电镀了银,质量增加,则铜为阴极,所以X为负极。
(2)B中是OH-和Cu2+参加反应,故溶液中H+浓度变大,酸性增强,pH变小;C中Ag电极溶解,电解池中Ag+反应,生成Ag,故溶液仍呈中性,pH不变。
(3)B中阳极是OH-放电,所以电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑;因铜电极质量增加的2.16g为Ag的质量,n(Ag)=0.02mol,所以转移电子为n(e-)=0.02mol。
电池串联,故B中转移的电子也为0.02mol,只能生成0.005mol氧气,但共收集气体0.01mol,所以B中气体一定为H2和O2的混合气体,(即阴极Cu2+反应完全后H+放电),n(O2)+n(H2)=0.01mol,结合电子守恒,可以求出n(Cu2+)=0.005mol,所以c(Cu2+)=0.025mol/L。
(4)A中电解的是KCl溶液,故其发生的反应方程式为2KCl+2H2O
2KOH+H2↑+Cl2↑,由于转移了0.02mol电子,故n(KOH)=0.02mol,c(KOH)=0.1mol/L,即pH=13。
(5)Cu(-)、Ag(+)、AgNO3溶液、闭合回路,构成了原电池装置。
负极反应为Cu-2e-===Cu2+。
答案:
(1)负极
(2)减小 不变
(3)4OH--4e-===O2↑+2H2O 0.025mol/L
(4)2KCl+2H2O
2KOH+H2↑+Cl2↑ 13
(5)Cu-2e-===Cu2+
15.(13分)
本大题分Ⅰ、Ⅱ两部分:
Ⅰ.某兴趣小组用如图装置做了两次实验。
实验①:
向甲池的Pt电极表面通氢气,发现电流计指针发生了偏转,乙池的Pt电极表面出现气泡。
实验②:
向乙池的Pt电极表面通氧气,发现电流计指针也发生了偏转,且偏转方向与实验①相同,同时甲池的Pt电极表面也出现气泡。
(1)实验①,甲池通氢气的Pt电极为________极,电极反应为__________________________。
(2)实验②,甲池通氢气的Pt电极为________极,电极反应为__________________________。
(3)两次实验中原电池的总反应相同,总反应的离子方程式为__________________________________________________________。
Ⅱ.电解法污水处理技术已很成熟
富含悬浮物的工业污水采用如图装置进行处理:
保持污水的pH在5.0~6.0之间,通过电解生成Fe(OH)3胶体,吸附部分悬浮物沉降,同时阴极产生的气泡将部分悬浮物带到水面形成浮渣层,然后滤去沉淀、撇掉浮渣层。
富含有机废物的生活污水也可用同样方法进行处理。
污水中的有机废物能被阳极的某一产物迅速降解成二氧化碳、水等无机物。
(1)在电解处理过程中,若污水中离子浓度较小,导电能力较差,处理效率下降,此时可向污水中加入适量的______。
a.BaSO4b.CH3COOH
c.NaNO3d.CH3OH
(2)电解处理过程中,阳极实际发生了两个电极反应,阳极的电解反应分别是①________;②________。
解析:
本题考查了电化学知识,意在考查学生对电化学知识综合运用的能力。
Ⅰ.
(1)实验①中,通氢气的一极为负极,在碱性条件下,电极反应方程式为H2+2OH-===2H2O。
(2)实验②中,通氧气的一极为正极,在酸性条件下,电极反应方程式为O2+4H++4e-===2H2O。
(3)两次实验中原电池的总反应相同,总反应的离子方程式为H++OH-===H2O。
Ⅱ.
(1)要增强溶液的导电能力,但不能使电极反应发生改变,故加入溶于水的强电解质,如题中的NaNO3,即选c。
(2)电解过程中,铁为阳极,铁先失去电子,Fe-2e-===Fe2+,同时,还会发生:
2H2O-4e-===4H++O2↑。
答案:
Ⅰ.
(1)负 H2+2OH--2e-===2H2O
(2)正 O2+4H++4e-===2H2O
(3)H++OH-===H2O
Ⅱ.
(1)c
(2)①Fe-2e-===Fe2+ ②2H2O-4e-===O2↑+4H+
16.(15分)
某化学兴趣小组对电化学问题进行了实验探究。
Ⅰ.利用如图所示装置探究金属的防护措施,实验现象是锌电极不断溶解,铁电极表面有气泡产生。
(1)写出负极的电极反应式:
__________________。
(2)某学生认为,铁电极可能参与反应,并对产物做出假设:
假设1:
铁参与反应,被氧化生成Fe2+;
假设2:
铁参与反应,被氧化生成Fe3+;
假设3:
_____________________________________________。
(3)为了探究假设1、2,他采取如下操作:
①取0.01mol/LFeCl3溶液2mL于试管中,加入过量铁粉;
②取操作①试管的上层清液加入2滴K3[Fe(CN)6]溶液,生成蓝色沉淀;
③取少量正极附近溶液加入2滴K3[Fe(CN)6]溶液,未见蓝色沉淀生成;
④取少量正极附近溶液加入2滴KSCN溶液,未见溶液变红。
据②、③、④现象得出的结论是_____________________。
(4)该实验原理可应用于防护钢铁腐蚀,请再举一例防护钢铁腐蚀的措施:
________。
Ⅱ.利用如图所示装置做电解50mL0.5mol/L的CuCl2溶液实验。
实验记录:
A.阳极上有黄绿色气体产生,该气体使湿润的淀粉碘化钾试纸先变蓝后褪色(提示:
Cl2氧化性大于IO
);
B.电解一段时间以后,阴极表面除吸附有铜外,还出现了少量气泡和浅蓝色固体。
(1)分析实验记录A中试纸颜色变化,用离子方程式解释:
①__________________________________________________________;
②_________________________________________________。
(2)分析实验记录B中浅蓝色固体可能是________(写化学式),试分析生成该物质的原因:
_____________________________________________________。
解析:
本题考查原电池原理和电解原理等知识,意在考查学生分析问题、解决问题的能力。
Ⅰ.
(1)锌比铁活泼,锌为负极,电极反应为Zn-2e-===Zn2+。
(2)根据假设1、2进行分析,得出假设3为铁参与反应,被氧化生成Fe2+和Fe3+。
(3)从②分析得出①的试管中含有Fe2+;③现象说明不含Fe2+;④现象说明不含Fe3+;故可得出的结论是正极附近溶液不含Fe2+和Fe3+。
(4)防护钢铁腐蚀的措施有油漆、电化学保护法。
Ⅱ.
(1)阳极上有氯气产生,由于2I-+Cl2===I2+2Cl-,该气体使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝;当氯气过量时,会发生反应5Cl2+I2+6H2O===10Cl-+2IO
+12H+,颜色褪去。
答案:
Ⅰ.
(1)Zn-2e-===Zn2+
(2)铁参与反应,被氧化生成Fe2+和Fe3+ (3)正极附近溶液不含Fe2+和Fe3+ (4)油漆
Ⅱ.
(1)2I-+Cl2===I2+2Cl- 5Cl2+I2+6H2O===10Cl-+2IO
+12H+
(2)Cu(OH)2 电解一段时间后,Cu2+浓度下降,H+开始放电,溶液pH增大,Cu2+转化为Cu(OH)2
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