高中化学电解池 金属的电化学腐蚀与保护考点解析.docx
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高中化学电解池金属的电化学腐蚀与保护考点解析
开卷速查 规范特训
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开卷速查(二十) 电解池 金属的电化学腐蚀与保护
一、选择题:
本大题共10小题,在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
1.[2013·全国理综卷]电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O
)时,以铁板作阴、阳极,处理过程中存在反应Cr2O
+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去。
下列说法不正确的是( )
A.阳极反应为Fe-2e-===Fe2+
B.电解过程中溶液pH不会变化
C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D.电路中每转移12mol电子,最多有1molCr2O
被还原
解析:
铁板作阳极,则阳极上Fe失电子,A项正确;电解过程中有OH-生成,所以pH变大,B项错;生成的OH-会与Fe3+结合生成Fe(OH)3,C正确;电路中每转移12mol电子,生成6molFe2+,则有1molCr2O
被还原,D正确。
答案:
B
2.[2013·浙江理综卷]电解装置如图所示,电解槽内装有KI及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。
在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。
已知:
3I2+6OH-===IO
+5I-+3H2O下列说法不正确的是( )
A.右侧发生的电极反应式:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.电解结束后,右侧溶液中含有IO
C.电解槽内发生反应的总化学方程式:
KI+3H2O
KIO3+3H2↑
D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的总化学反应不变
解析:
左侧溶液变蓝,说明I-放电生成I2,所以左侧Pt电极为阳极,右侧Pt电极为阴极。
A项,右侧为阴极区,水电离出的H+放电。
B项,右侧产生的OH-可通过阴离子交换膜移向阳极与I2反应产生IO
,IO
也可通过阴离子交换膜进入右侧。
C项,阳极反应:
2I--2e-===I2,3I2+6OH-===IO
+5I-+3H2O
阴极反应:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-,两式相加可得总反应。
D项,若用阳离子交换膜,OH-无法移向阳极,即无法与阳极处生成的I2反应,故总反应为2KI+2H2O
I2+H2↑+2KOH,故总化学反应不同。
答案:
D
3.[2014·海淀区高三年级第一学期期末练习]利用下图装置电解硫酸铜溶液,下列说法正确的是( )
A.b电极上发生氧化反应
B.该装置能将化学能转变成电能
C.电解质溶液中Cu2+从b电极向a电极迁移
D.若a为铜,则a的电极反应式为:
Cu-2e-===Cu2+
解析:
由图可知a为阳极,发生氧化反应,b极为阴极,发生还原反应,A选项错误;该装置为电解池,将电能转化为化学能,B选项错误;电解质溶液中Cu2+从a极(阳极)向b电极(阴极)迁移,C选项错误。
答案:
D
4.[2014·黄冈中学]空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC),RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。
下图为RFC工作原理示意图,有关说法正确的是( )
A.当有0.1mol电子转移时,a极产生1.12LO2(标准状况下)
B.b极上发生的电极反应是:
4H2O+4e-===2H2↑+4OH-
C.d极上发生的电极反应是:
O2+4H++4e-===2H2O
D.c极上进行还原反应,B中的H+可通过隔膜进入A
解析:
左边为电解水装置,b极为阳极,发生失电子氧化反应,产生O2,a极为阴极,发生得电子还原反应,生成H2,A、B项错误;d极为燃料电池的负极,发生失电子氧化反应,电极反应为H2-2e-===2H+,生成的H+可透过隔膜进入A,C项错误,D项正确。
答案:
D
5.用石墨作电极电解CuSO4溶液。
通电一段时间后,欲使电解液恢复到起始状态,应向溶液中加入适量的( )
A.CuSO4 B.H2O
C.CuOD.CuSO4·5H2O
解析:
从电解反应入手,2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑,消耗了CuSO4+H2O,复原则要生成它们,复原的反应是CuO+H2SO4===CuSO4+H2O,故选C。
答案:
C
6.[2014·豫东、豫北十所名校高中毕业班阶段性测试]下列有关金属腐蚀与保护的说法正确的是( )
A.铁上镀锌的保护方法叫牺牲负极的正极保护法
B.相同条件下,轮船在海水中比在淡水中腐蚀慢
C.水库里钢闸门与电源负极相连的方法叫做外加电流的阴极保护法
D.钢铁在潮湿空气中发生吸氧腐蚀,负极反应为Fe-3e-===Fe3+
解析:
将铁与锌插入到电解质溶液中用导线连接起来,叫牺牲阳极的阴极保护法,A选项错误;轮船在海水中,海水中有大量电解质溶液,构成原电池,加快轮船的腐蚀,B选项错误;钢铁在潮湿空气中发生吸氧腐蚀,负极反应为Fe-2e-===Fe2+,D选项错误。
答案:
C
7.将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上,一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗,在液滴外沿形成棕色铁锈环(b),如图所示。
导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。
下列说法正确的是( )
A.液滴中的Cl-由a区向b区迁移
B.液滴边缘是正极区,发生的电极反应为:
O2+2H2O+4e-===4OH-
C.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀,生成的Fe2+由a区向b区迁移,与b区的OH-形成Fe(OH)2,进一步氧化、脱水形成铁锈
D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板,在铜铁接触处滴加NaCl溶液,则负极发生的电极反应为:
Cu-2e-===Cu2+
解析:
本题考查电化学内容中金属吸氧腐蚀的原理的分析。
液滴边缘O2多,在C粒上发生正极反应:
O2+2H2O+4e-===4OH-,液滴下的Fe发生负极反应:
Fe-2e-===Fe2+,为腐蚀区(a)。
A错误,Cl-由b区向a区迁移;B正确;C错误,液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀;D错误,Cu更稳定,作正极,反应为O2+2H2O+4e-===4OH-。
答案:
B
8.在水中加入等物质的量的Ag+、Ba2+、Na+、SO
、NO
、Cl-。
该溶液放在用惰性材料作电极的电解槽中,通电片刻,则氧化产物和还原产物的质量比为( )
A.35.5∶108B.16∶137
C.8∶1D.108∶35.5
解析:
Ag+与Cl-生成AgCl↓,Ba2+与SO
生成BaSO4↓,电解硝酸钠溶液实际上电解水。
答案:
C
9.[2014·石家庄市高中毕业班复习教学质量检测
(一)]烧过菜的铁锅未及时洗涤,会出现红棕色锈斑。
整个过程中,不可能发生的变化为( )
A.2H2O+O2+4e-===4OH-
B.Fe-3e-===Fe3+
C.Fe2++2OH-===Fe(OH)2
D.4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
解析:
铁生锈的过程中Fe-2e-===Fe2+,故B选项不可能发生。
答案:
B
10.下列说法正确的是( )
A.以稀硫酸做电解质溶液,锌铜分别作电极构成的原电池中,锌极上有气泡生成
B.向铁棒上镀铜时,铁做阳极,氯化铜溶液做电解质溶液
C.工业上以石墨做电极电解熔融的AlCl3制取Al时,每产生1molAl,阳极就产生标准状况下3.36L氯气
D.在潮湿的环境下,黄铜比纯铜更耐腐蚀
解析:
A选项中Zn、Cu构成原电池,Cu做正极,Cu上有H2放出;B选项中镀层金属铜做阳极;AlCl3是共价化合物,熔融状态下不导电,不能用来制取铝。
答案:
D
二、非选择题:
本大题共4小题,将答案填在题中横线上。
11.[2014·烟台四校联考]利用如图所示装置电解硝酸银溶液和饱和硫酸钠溶液(甲中盛有AgNO3溶液,乙中盛有饱和Na2SO4溶液)。
(1)通电一段时间,观察到湿润的淀粉KI试纸的______(选填“C”或“D”)端变蓝。
(2)装置甲中阳极为________,阴极的电极反应式为________________。
(3)装置乙中观察到的现象是________________。
(4)电解一段时间后,装置甲、乙中共收集到气体0.168L(标准状况下),而且该时间段内装置乙中析出硫酸钠晶体(Na2SO4·10H2O)wg,测得装置甲中溶液的体积为1L,则装置甲中溶液的pH为________。
电解前饱和Na2SO4溶液的质量分数的计算式为________________________(计算时忽略电解过程中的其他副反应)。
解析:
(1)由于D连接电源负极,作阴极,则C极作阳极,发生氧化反应生成I2,故淀粉KI试纸的C端变蓝。
(2)装置甲中Pt电极作阳极,而Fe极发生还原反应,作阴极。
(3)装置乙中Cu为阳极,发生氧化反应生成Cu2+,Cu极附近溶液中有Cu2+的颜色,石墨电极上水得电子,发生还原反应,生成氢气,溶液的pH增大,故生成氢氧化铜沉淀。
(4)相同时间内,装置甲、乙通过的电子的物质的量相等,装置甲中生成1molO2时,装置乙中生成2molH2,故0.168L气体中有1/3是氧气,即氧气为0.056L,且装置甲中存在关系式:
4H+~O2,故装置甲中n(H+)=0.01mol/L,即装置甲中溶液的pH=2。
对于装置乙,阳极反应式为Cu-2e-===Cu2+,阴极反应式为2H++2e-===H2↑,电解的总反应式为Cu+2H2O
Cu(OH)2↓+H2↑。
当阴极析出0.005molH2时,耗水0.01mol,析出的晶体中Na2SO4的质量除以晶体质量和电解时消耗水的质量之和即为饱和溶液的质量分数。
答案:
(1)C
(2)Pt Ag++e-===Ag
(3)石墨极有气泡产生,Cu极周围变蓝,溶液中出现蓝色沉淀
(4)2
×100%
12.某课外活动小组用如图装置进行实验,试回答下列问题。
(1)若开始时开关K与a连接,则B极的电极反应式为________________________________________________________________________。
(2)若开始时开关K与b连接,则B极的电极反应式为____________,总反应的离子方程式为________________________________。
有关上述实验,下列说法正确的是(填序号)________________________________________________________________________。
①溶液中Na+向A极移动
②从A极处逸出的气体能使湿润的KI淀粉试纸变蓝
③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度
④若标准状况下B极产生2.24L气体,则溶液中转移0.2mol电子
(3)该小组同学认为,如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。
①该电解槽的阳极反应式为______________。
此时通过阴离子交换膜的离子数________(填“大于”“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
②制得的氢氧化钾溶液从出口(填写“A”“B”“C”或“D”)________导出。
③通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因________________________________________________________________________。
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池,则电池正极的电极反应式为
___________________________________________________________。
解析:
(1)开关K与a相连,装置构成原电池,Fe失去电子为原电池负极。
(2)开关K与b相连,装置构成电解NaCl溶液的电解池,B为电解池的阴极,溶液中的H+在B极放电生成H2。
电解过程中Na+应该向阴极B移动;A极产生的气体为Cl2,Cl2能将I-氧化为I2,I2遇淀粉变蓝;根据电解反应:
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑,电解一段时间后若加入盐酸会增加H2O的质量,应通入HCl气体使其恢复到电解前电解质的浓度;若标准状况下B极产生2.24L气体,即0.1molH2,则有0.2mol电子发生转移,但在溶液中转移的不是电子,而是离子。
(3)①溶液中的OH-在阳极失电子产生O2:
4OH--4e-===2H2O+O2↑,所以在B口放出O2,从A口导出H2SO4。
溶液中的H+在阴极得到电子产生H2:
2H++2e-===H2↑,则从C口放出H2,从D口导出KOH溶液。
因SO
所带电荷数大于K+所带电荷数,SO
通过阴离子交换膜,K+通过阳离子交换膜,所以通过阳离子交换膜的离子数大于通过阴离子交换膜的离子数。
O2、H2、KOH溶液构成燃料电池时,O2在电池正极放电:
O2+4e-+2H2O===4OH-。
答案:
(1)Fe-2e-===Fe2+
(2)2H++2e-===H2↑ 2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑ ②
(3)①4OH--4e-===2H2O+O2↑ 小于 ②D ③H+在阴极附近放电,引起水的电离平衡向右移动,使c(OH-)>c(H+) ④O2+2H2O+4e-===4OH-
13.某课外活动小组准备用如图所示的装置进行实验。
现有甲、乙、丙三位同学分别选择了如下电极材料和电解质溶液:
A电极
B电极
X溶液
甲
Cu
Zn
H2SO4
乙
Pt
Pt
CuCl2
丙
Fe
Cu
?
(1)甲同学在实验中将开关K5闭合,Zn电极上的电极反应式为________________________________________________________________________。
(2)乙同学准备进行电解CuCl2溶液的实验,则电解时的总反应式为________________________________________________________________________。
实验时应闭合的开关组合是________。
(从下列五项中选择所有可能的开关组合,第三小题也在这五项中选择)
A.K1和K2 B.K1和K3 C.K1和K4
D.K2和K3 E.K2和K4
(3)丙同学准备在Fe上镀Cu,选择了某种盐来配制电镀液,则该盐的化学式为________,实验时,应闭合的开关组合是________(选项如上)。
解析:
(1)甲同学在实验中将开关K5闭合,装置为原电池,较活泼的Zn为原电池的负极,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+。
(2)乙同学用惰性电极电解CuCl2溶液,电解时的总方程式为CuCl2
Cu+Cl2↑,实验时应闭合K1和K4或闭合K2和K3。
(3)丙同学准备在Fe上镀Cu,则Fe为电镀池阴极,接电源负极,Cu为电镀池阳极,接电源正极,实验时应闭合K2和K3。
应选择含Cu2+的电解质溶液为电解液。
答案:
(1)Zn-2e-===Zn2+
(2)CuCl2
Cu+Cl2↑ CD
(3)CuCl2或CuSO4 D
14.[2014·自贡诊断]某中学课外兴趣小组用惰性电极电解饱和食盐水(含少量Ca2+、Mg2+)作系列探究,装置如下图所示:
(1)电解时,甲同学发现电极a附近溶液出现浑浊,请用离子方程式表示原因_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2)一段时间后,你认为C中溶液可能出现的现象是______________________,请用离子方程式表示原因____________________________________。
(3)实验结束后,乙同学将A中的物质冷却后加入到H2S溶液中发现有气泡出现,但加入到稀盐酸中却没有任何现象。
请用化学方程式和简要的文字解释原因:
____________________________________________。
(4)随着反应的进行,兴趣小组的同学们都特别注意到D中溶液红色逐渐褪去。
他们对溶液红色褪去的主要原因提出了如下假设,请你完成假设二。
假设一:
B中逸出气体与水反应生成的物质有强氧化性,使红色逐渐褪去;
假设二:
________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(5)请你设计实验验证上述假设一,写出实验步骤及结论______________________________________。
解析:
电解饱和食盐水产生的气体为氢气和氯气,氯气具有强氧化性,而氢气在加热条件下具有较强还原性,根据装置图可知a、b分别阴极和阳极,a极产生的氢气将氧化银还原为单质银,而b极产生的氯气可氧化硫化钠。
过量的氯气通入含酚酞的NaOH溶液中,溶液褪色的原因可能为H+中和了OH-,也可能是氯气与水反应生成的次氯酸的强氧化性所致。
答案:
(1)2H++2e-===H2↑,Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
(2)有淡黄色沉淀 Cl2+S2-===2Cl-+S↓
(3)Ag与H2S的反应式为2Ag+H2S===Ag2S+H2,表明Ag2S的溶解度比AgCl小很多
(4)可能是H+中和了OH-造成褪色
(5)取少量D中褪色后的溶液于试管中,滴加1~2滴酚酞溶液,如果又显红色,则假设一正确。
创新试题 教师备选
教学积累 资源共享
氯碱工业原理在《化学与技术》模块中还要出现,此题没有涉及该模块中内容,教师可根据学生选学的模块情况适当将此题进行拓展。
1.如图是工业上采用离子交换膜法电解足量饱和食盐水的示意图。
下列有关说法中不正确的是( )
A.从E中逸出的是氢气
B.向B口中加入含少量NaOH的溶液以增强导电性
C.标准状况下每生成22.4LCl2,便产生2molNaOH
D.向电解后的阳极室溶液中加入适量盐酸,各物质可以恢复到电解前的浓度
解析:
由于Cl-在a电极上放电且Na+通过离子交换膜进入电解池的右室(阴极室),故应向电解后的阳极室溶液中加入适量氯化钠固体,才能使各物质恢复到电解前的浓度,故D项错误。
答案:
D
电镀没有出现在例题中,本题可作为例题的补充试题。
2.电解CuSO4溶液时,若要求达到以下三点要求:
①阳极质量减小 ②阴极质量增加 ③电解质溶液中Cu2+浓度不变,则可选用的电极是( )
A.含Zn、Ag的铜合金作阳极,纯铜作阴极
B.纯铜作阳极,含Zn、Ag的铜合金作阴极
C.用纯铁作阳极,用纯铜作阴极
D.用石墨作阳极,用惰性电极(Pt)作阴极
解析:
题目中的三点要求正好符合了电镀时的三个特点。
由于电解液为CuSO4溶液,故需用纯铜作阳极,阴极材料可任选,正确答案为B。
答案:
B
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