通用版版高考化学微一轮复习第22讲电解池金属腐蚀与防护微课时练.docx
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通用版版高考化学微一轮复习第22讲电解池金属腐蚀与防护微课时练
第22讲 电解池 金属腐蚀与防护
一、选择题
1.(2018·黑龙江哈尔滨三中月考)下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( )
A.在酸性环境下,钢铁只能发生析氢腐蚀
B.金属腐蚀的实质是金属失去电子被还原的过程
C.轮船的船壳水线以下常装有一些锌块,这是利用了牺牲阳极的阴极保护法
D.铜铁交接处,在潮湿的空气中直接发生反应:
Fe-3e-===Fe3+,继而形成铁锈
解析:
酸性较强时,钢铁发生析氢腐蚀,弱酸性或中性条件下,钢铁发生吸氧腐蚀,所以酸性条件下钢铁不一定发生析氢腐蚀;金属腐蚀的实质是金属失去电子发生氧化反应,所以属于被氧化的过程;Zn、Fe和海水构成原电池,Zn易失电子作负极而被腐蚀,Fe作正极被保护,所以轮船的船壳水线以下常装有一些锌块,这是利用了牺牲阳极的阴极保护法;Cu、Fe和电解质溶液构成原电池,发生吸氧腐蚀,Fe作负极、Cu作正极,负极反应式为Fe-2e-===Fe2+。
答案:
C
2.(2018·广东揭阳二模)如图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图,其原理是在较低的阴极电位下,TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐,阴极最后只剩下纯钛。
下列说法中正确的是( )
A.阳极的电极反应式为:
2Cl--2e-===Cl2↑
B.通电后,O2-、Cl-均向阴极移动
C.阴极的电极反应式为TiO2+4e-===Ti+2O2-
D.石墨电极的质量不发生变化
解析:
电解池的阳极是氧离子发生失电子的氧化反应,导致氧气等气体的出现,所以电极反应式为:
2O2--4e-===O2↑;电解池中,电解质里的阴离子O2-、Cl-均移向阳极;电解池的阴极发生得电子的还原反应,是二氧化钛电极本身得电子的过程,即TiO2+4e-===Ti+2O2-;石墨电极会和阳极上产生的氧气之间发生反应,导致气体一氧化碳、二氧化碳的出现,所以电极本身会消耗,质量减轻。
答案:
C
3.(2018·上饶三模)海水中含有丰富的锂资源,研究人员开发了一种只能让锂离子通过的特殊交换膜,并运用电解实现从海水中提取高浓度的锂盐,其工作原理如图所示。
下列说法不正确的是( )
A.a连接电源的正极
B.Li+的移动方向是从海水进入盐酸中
C.一段时间后,b电极附近溶液的pH降低
D.电解过程中还可能获得有经济价值的副产物氢气和氯气
解析:
要想从海水中提取高浓度的锂盐,则锂离子应从海水进入盐酸中,依据电解池工作原理,阳离子移向阴极,可知b为阴极与电源负极相连,a为阳极与电源正极相连,故A、B正确;b电极为阴极,阴极上氢离子放电,氢离子浓度减小,pH增大,故C错误;电解池阳极海水中的Cl-失去电子生成Cl2,阴极上盐酸中的H+得到电子生成H2,故D正确。
答案:
C
4.(2018·沧州高三质检)100g样品所消耗的溴的毫克数称为溴指数。
溴指数越高,则说明样品中不饱和烃含量越高。
我国石油工业一般利用恒定电流库仑分析法测定汽油的溴指数,利用电解产生的溴与不饱和烃反应,支持电解质为LiBr,溶剂仅含5%的水,其余为甲醇、苯与醋酸。
下列有关说法正确的是( )
A.在溶剂中提高苯的比例,能提高溶液的导电性
B.电解时阳极的电极反应式为2Br--2e-===Br2
C.电解时可用铁作阳极材料
D.汽油样品应加在阴极区
解析:
苯是非电解质,增加其比例只能降低溶液的导电性;在阳极Br-放电,失电子被氧化生成Br2;铁会在阳极放电生成金属阳离子,不能用铁作阳极材料;汽油样品应加在阳极区与溴发生反应。
答案:
B
5.(2018·庆阳理综)一定条件下,利用如图所示装置可实现有机物的储氢,下列有关说法正确的是( )
A.A为电源的正极
B.气体X为H2
C.电极E为阴极
D.电极D的电极反应式为C6H6+6H++6e-===C6H12
解析:
该装置有外接电源,所以是电解池,电极D上苯得电子和氢离子反应生成环己烷,则D电极是阴极,A为电源负极,D的电极反应式为C6H6+6H++6e-===C6H12,E是阳极,阳极上水失电子生成O2和H+,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,所以气体X为O2,故A、B、C错误。
答案:
D
6.(2018·大连一模)用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH
,模拟装置如图所示。
下列说法正确的是( )
A.阳极室溶液由无色变成棕黄色
B.阴极的电极反应式为:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
C.电解一段时间后,阴极室溶液中的pH升高
D.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
解析:
该电解池中,阳极铁失电子变为亚铁离子,溶液由无色变成浅绿色,故A错误;阴极的电极反应式为:
2H++2e-===H2↑,所以电解一段时间后,阴极室溶液中的pH升高,故B错误,C正确;因为磷酸是三元酸,所以阴极室溶液中的溶质也可能含有磷酸氢铵和磷酸二氢铵,故D错误。
答案:
C
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:
K1闭合时,该装置构成原电池,铁作负极,发生氧化反应,电极反应式是2Fe-4e-===2Fe2+,A错误;石墨棒作正极,发生的电极反应式为2H2O+O2+4e-===4OH-,故石墨棒周围溶液pH逐渐升高,B正确;K2闭合时,该装置构成了电解池,C作阳极,Fe作阴极而不被腐蚀,该方法称为外加电流的阴极保护法,C错误;K2闭合时,阳极的电极反应式是2Cl--2e-===Cl2↑,阴极的电极反应式是2H++2e-===H2↑,所以当电路中通过0.002NA个(相当于0.002mol)电子时,生成H2和Cl2的物质的量均为0.001mol,则两极共产生0.002mol气体,D错误。
答案:
B
8.净水器推销员用自来水做电解实验,一段时间后两极间产生绿色沉淀,并很快变成红褐色,然后用净水器净化后的水做电解实验,两极上只有气体产生,水中并无沉淀,用以证明自来水很“脏”。
人们将自来水送检,却是合格的,下列有关说法合理的是( )
A.推销员电解自来水时,用石墨作阳极;电解净化水时,用铁作阴极
B.电解自来水时,阴极反应式:
O2+2H2O+4e-===4OH-
C.电解净化水时,a、b两极的pH变化如图2所示
D.电解自来水实验中,若阴极产生气体为3.36L(标准状况),则阳极质量减小5.6g
解析:
推销员电解自来水时,用铁作阳极,铁失电子成为Fe2+,在阴极,水中的H+得电子成为氢气,破坏了水的电离平衡生成了OH-,Fe2+与OH-生成的氢氧化亚铁转化为灰绿色沉淀,氢氧化亚铁很快被氧化为红褐色氢氧化铁,推销员电解净化水时,用石墨作阳极,阳极(b极)电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑,阳极区c(H+)增大,pH降低,阴极(a极)电极反应为2H++2e-===H2↑,阴极区c(OH-)增大,pH升高,故两极上只有气体产生,水中并无沉淀,故A、B项错误,C项正确;电解自来水实验中,若阴极产生气体(H2)为3.36L(标准状况),则转移的电子的物质的量为
×2=0.3mol,阳极铁失电子成为Fe2+,质量减小
×56g/mol=8.4g,D项错误。
答案:
C
9.(2018·上海徐汇区二模)一定条件下,碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表。
下列说法错误的是( )
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2+
Fe3O4
Fe2O3
FeO
A.当pH<4时,碳钢主要发生析氢腐蚀
B.当pH>6时,碳钢主要发生吸氧腐蚀
C.当pH>14时,正极反应为O2+4H++4e-===2H2O
D.在煮沸除氧气后的碱性溶液中,碳钢腐蚀速率会减缓
解析:
当pH<4溶液中,碳钢主要发生析氢腐蚀,当pH>6溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀,故A、B正确;当pH>14溶液中,碳钢腐蚀的正极反应O2+2H2O+4e-===4OH-,故C错误;在煮沸除氧气后的碱性溶液中,正极上氧气生成氢氧根离子的速率减小,所以碳钢腐蚀速率会减缓,故D正确。
答案:
C
10.(2018·包头一模)用图中的装置Ⅰ通电10分钟后,去掉直流电源,连接成装置Ⅱ,可观察到U形管左端铁电极表面析出白色胶状物质,U形管右端液面上升,下列说法正确的是( )
A.用装置Ⅱ进行实验时铁电极的电极反应为:
Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2
B.用装置Ⅱ进行实验时石墨电极的电极反应为:
2H++2e-===H2↑
C.同温、同压下,装置Ⅰ中石墨电极上方得到的气体比铁电极上方得到的气体多
D.装置Ⅰ通电10分钟后铁电极周围溶液pH降低
解析:
装置Ⅱ是原电池装置,Fe为负极,失去电子产生Fe2+,Fe2+再与溶液中的OH-反应生成Fe(OH)2,A项正确;用装置Ⅱ进行实验时,石墨为正极,正极为Cl2得到电子,故石墨电极的电极反应为:
Cl2+2e-===2Cl-,B项错误;装置Ⅰ中石墨电极生成Cl2,铁电极生成H2,因Cl2能溶解在水中,且与H2O发生反应:
Cl2+H2OHCl+HClO,而H2不溶于水,故石墨电极上方得到的气体比铁电极上方得到的气体少,C项错误;装置Ⅰ通电10分钟后铁电极上产生H2:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-,由于有OH-生成,故溶液的pH升高,D项错误。
答案:
A
二、非选择题
11.用石墨作电极电解1L0.1mol·L-1的CuSO4溶液(假定电解前后溶液体积不变)。
(1)电路通过0.1mol电子时,溶液的pH为________,欲恢复电解前状态应加入________________的质量是____________g。
(2)当电路中通过0.3mol电子时,欲恢复电解前状态,可加入下列的____________。
A.Cu B.CuO
C.Cu(OH)2D.Cu2(OH)2CO3
(3)电路中通过0.4mol电子时,欲恢复原状态,可加入____________,质量是____________g。
(4)用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液,实验装置如下图甲。
电解过程中的实验数据如下图乙,横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量,纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。
则下列说法不正确的是____________。
A.电解过程中,a电极表面先有红色物质析出,后有气泡产生
B.b电极上发生的反应方程式为4OH--4e-===2H2O+O2↑
C.曲线0~P段表示O2的体积变化
D.Q点时溶液中H+的物质的量为0.4mol
解析:
(1)n(Cu2+)=0.1mol,当电路中n(e-)≤0.2mol时,只有CuSO4溶液被电解,由CuSO4~2e-~2H+~Cu~CuO,生成H+为0.1mol,c(H+)=0.1mol·L-1,pH=1,应加入CuO0.05mol,即4g才能恢复原状态。
(2)当通过0.3mol电子时,有0.1mol电子电解水,被电解的水为0.05mol,需加入0.1molCuO与0.05molH2O,此时n(Cu)∶n(H+)=1∶1应加入Cu2(OH)2CO3。
(3)通过0.4mol电子时,有0.2mol电子电解水,需加入0.1molCuO和0.1molH2O,n(Cu)∶n(H+)=1∶2应加入0.1molCu(OH)2,质量为9.8g。
(4)由电流方向可知,b电极为阳极,电解过程中,a电极表面先有红色物质析出,后有气泡产生;b电极上发生的反应方程式为4OH--4e-===2H2O+O2↑;曲线0~P段是阴极产生铜,阳极产生O2,曲线P~Q段是阴极产生H2,阳极产生O2,故A、B、C正确。
答案:
(1)1 CuO 4
(2)D
(3)Cu(OH)2 9.8 (4)D
12.(2018·甘肃模拟)对工业废水和生活污水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施之一。
(1)硫酸厂的酸性废水中砷(As)元素(主要以H3AsO3形式存在)含量极高,为控制砷的排放,某工厂采用化学沉淀法处理含砷废水。
请回答以下问题:
①已知砷是氮的同族元素,比氮原子多2个电子层,砷在元素周期表的位置为____________,AsH3的稳定性比NH3的稳定性____________(填“强”或“弱”)。
②工业上采用硫化法(通常用硫化钠)去除废水中的砷,生成物为难溶性的三硫化二砷,该反应的离子方程式为___________________。
(2)电镀厂的废水中含有的CN-有剧毒,需要处理加以排放。
①已知HCN为一元弱酸,则NaCN溶液的pH____________7(填“>”“=”或“<”)。
②处理含CN-废水的方法之一是在微生物的作用下,CN-被氧气氧化成HCO
,同时生成NH3,该反应的离子方程式为__________。
(3)电渗析法处理厨房垃圾发酵液,同时得到乳酸的原理如图所示(图中“HA”表示乳酸分子,A-表示乳酸根离子):
①阳极的电极反应式为_________________________________。
②简述浓缩室中得到浓乳酸的原理:
______________________
________________________________________________________。
③电解过程中,采取一定的措施可控制阳极室的pH约为6~8,此时进入浓缩室的OH-可忽略不计。
400mL10g/L乳酸溶液通电一段时间后,浓度上升为145g/L(溶液体积变化忽略不计),阴极上产生的H2在标准状况下的体积约为____________L(乳酸的摩尔质量为90g/mol)。
解析:
(1)①N在第二周期且砷与氮同主族,故As位于第四周期ⅤA族,同主族,氢化物的稳定性从上到下逐渐减弱,则稳定性NH3>AsH3。
②根据信息:
Na2S和H3AsO3反应,生成难溶性的As2S3,据此得到反应的离子方程式为:
2H3AsO3+3S2-+6H+===As2S3↓+6H2O。
(2)①已知HCN为一元弱酸,则NaCN溶液是强碱弱酸盐,溶液的pH大于7。
②在微生物的作用下,CN-被氧气氧化成HCO
,同时生成NH3,结合CN-中C为+2价,则离子方程式为:
4H2O+2CN-+O2===2HCO
+2NH3。
(3)①阳极上是OH-失电子,电极反应式为:
4OH--4e-===2H2O+O2↑。
②在电解池的阳极上是OH-放电,所以c(H+)增大,并且H+从阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室;根据电解原理,电解池中的阴离子移向阳极,即A-从阴极通过阴离子交换膜进入浓缩室,这样:
H++A-===HA,乳酸浓度增大。
③乳酸的浓度变化量是
=1.5mol/L,即生成HA的物质的量是1.5mol/L×0.4L=0.6mol,结合HA~H+~
H2产生氢气是0.3mol,即0.3mol×22.4L/mol=6.72L。
答案:
(1)①第四周期ⅤA族 弱
②2H3AsO3+3S2-+6H+===As2S3↓+6H2O
(2)①> ②4H2O+2CN-+O2===2HCO
+2NH3
(3)①4OH--4e-===2H2O+O2↑ ②阳极OH-放电,c(H+)增大,H+从阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室,A-从阴极通过阴离子交换膜进入浓缩室,H++A-===HA,乳酸浓度增大 ③6.72
13.海洋是一座巨大的宝藏,海水中蕴含80多种元素,氯碱工业和制备金属镁的原料都可来自海水。
Ⅰ.在氯碱工业中,曾用石棉隔膜电解槽来电解食盐水(如图甲所示)。
(1)写出阳极的反应式:
_________________________________。
(2)图甲中流出的b是____________溶液。
(3)石棉隔膜的作用是_________________________________。
Ⅱ.随着科技的发展,电解工艺不断革新,电解效率和产品纯度得到提高。
20世纪80年代起,隔膜法电解工艺逐渐被离子交换膜电解技术取代。
(1)离子交换膜电解槽(如图乙所示)中⑥、⑦分别是____________、_________________________________________________________。
(2)已知一个电子的电量是1.602×10-19C,用离子膜电解槽电解饱和食盐水,当电路中通过1.929×105C的电量时,生成NaOH____________g。
解析:
Ⅰ.
(1)阳极上氯离子放电生成氯气,电极反应式为:
2Cl--2e-===Cl2↑。
(2)阴极上氢离子放电,导致阴极附近生成NaOH,溶液中还有部分氯化钠,所以b流出的液体是NaOH和NaCl混合溶液。
(3)Cl2和NaOH溶液接触会发生反应:
2NaOH+Cl2===NaClO+NaCl+H2O,石棉隔膜的作用是阻止Cl2与NaOH溶液反应。
Ⅱ.
(1)电解饱和食盐水,电解槽离子交换膜允许阳离子(或Na+)通过,不允许阴离子通过;阴极是氢离子放电生成氢气,同时生成氢氧化钠,所以⑥为氢氧化钠溶液,⑦为Na+。
(2)一个电子的电量是1.602×10-19C,当电路中通过1.929×105C的电量时,电子的个数=
≈1.204×1024,电子的物质的量=
mol=2mol,根据转移电子和氢氧化钠的关系式得NaOH的质量为:
2mol×40g·mol-1=80g。
答案:
Ⅰ.
(1)2Cl--2e-===Cl2↑
(2)NaOH和NaCl
(3)阻止Cl2与NaOH溶液反应
Ⅱ.
(1)NaOH溶液 Na+
(2)80
14.人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素,原理如图所示。
(1)电源的负极为____________(填“A”或“B”)。
(2)阳极室中发生的反应依次为____________________________、________________________________。
(3)电解结束后,阳极室溶液的pH与电解前相比将____________;若两极共收集到气体13.44L(标准状况),则除去的尿素为____________g(忽略气体的溶解)。
解析:
(1)产生H2的一极为阴极,故B为负极,A为正极。
(2)左侧CO(NH2)2转化为CO2和N2,结合溶液中含Cl-及阳极为惰性电极,则阳极室首先发生的反应为2Cl--2e-===Cl2↑,其次是CO(NH2)2在此室被Cl2氧化,化学方程式为CO(NH2)2+3Cl2+H2O===N2+CO2+6HCl。
(3)阳极室产生的H+通过质子交换膜进入阴极室,从而使阳极室H+浓度保持不变,pH与电解前相比不变;两极共收集到的气体n(气体)=
=0.6mol,1molCO(NH2)2被氧化转移6mole-,阳极产生1molCO2和1molN2,阴极产生3molH2,故被氧化的CO(NH2)2为0.6mol×
=0.12mol,质量为0.12mol×60g/mol=7.2g。
答案:
(1)B
(2)2Cl--2e-===Cl2↑
CO(NH2)2+3Cl2+H2O===N2+CO2+6HCl
(3)不变 7.2
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