电解池的原理及应用金属腐蚀与防护 突破训练二解析版.docx
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电解池的原理及应用金属腐蚀与防护突破训练二解析版
电解池的原理及应用、金属腐蚀与防护
突破训练
(二)
1.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。
下列说法正确的是( )
A.氯碱工业中,X电极上反应式是4OH--4e-===2H2O+O2↑
B.电解精炼铜时,Z溶液中的Cu2+浓度不变
C.在铁片上镀铜时,Y是纯铜
D.制取金属镁时,Z是熔融的氯化镁
【解析】选D 氯碱工业中阳极是Cl-放电生成Cl2;电解精炼铜时阳极粗铜溶解,阴极Cu2+放电析出Cu,但是粗铜中含有锌、铁、镍等杂质,使得溶液中Cu2+浓度变小;铁片上镀铜时,阴极应该是铁片,阳极是纯铜。
2.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是(已知:
氧化性Fe2+ A.阳极发生还原反应,其电极反应式为Ni2++2e-===Ni B.电解过程中,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量一定相等 C.电解后,电解槽底部的阳极泥中含有Cu和Pt D.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+ 【解析】选C 电解法制备高纯度的镍,粗镍作为阳极,金属按还原性顺序Zn>Fe>Ni>Cu>Pt发生氧化反应,电极反应依次为Zn-2e-===Zn2+、Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+,A项错误;电解过程中,阳极Zn、Fe、Ni溶解,Cu、Pt沉积到电解槽底部,阴极只析出Ni,结合两极转移的电子数相等,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量不相等,B项错误;Cu和Pt还原性比Ni弱,不能失去电子,以沉淀的形式沉积在电解槽底部,形成阳极泥,C项正确;电解后,溶液中存在的金属阳离子除了Fe2+、Zn2+外,还有Ni2+,D项错误。 3.用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。 下列叙述错误的是( ) A.待加工铝质工件为阳极 B.可选用不锈钢网作为阴极 C.阴极的电极反应式为Al3++3e-===Al D.SO 在电解过程中向阳极移动 【解析】选C 用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,则铝制品为阳极,即待加工铝质工件为阳极,A正确;选用不锈钢网作为阴极不会影响电极反应及总反应,故可选用不锈钢网作为阴极,B正确;阴极的电极反应式为2H++2e-===H2↑,C不正确;电解过程中,阴离子向阳极移动,故SO 在电解过程中向阳极移动,D正确。 4.用铂电极(惰性)电解下列溶液时,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是( ) A.稀NaOH溶液 B.HCl溶液 C.酸性MgCl2溶液 D.酸性AgNO3溶液 【解析】选A 阳极: 4OH--4e-===O2↑+2H2O,阴极: 2H2O+2e-===H2↑+2OH-,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2,故A正确;阳极: 2Cl--2e-===Cl2↑,阴极: 2H++2e-===H2↑,阴极和阳极上的主要产物分别是H2和Cl2,故B、C错误;阳极: 2H2O-4e-===O2↑+4H+,阴极: Ag++e-===Ag,阴极和阳极上的主要产物分别是Ag和O2,故D错误。 5.利用电化学原理还原CO2制取ZnC2O4的装置如图所示(电解液不参加反应),下列说法正确的是( ) A.可用H2SO4溶液作电解液 B.阳离子交换膜的主要作用是增强导电性 C.工作电路中每流过0.02mol电子,Zn电极质量减重0.65g D.Pb电极的电极反应式是2CO2-2e- C2 【解析】选C。 如果用H2SO4溶液作电解液,溶液中氢离子会在正极得电子生成氢气,影响2CO2+2e- C2 反应的发生,A错误;用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开,它具有选择透过性,它只允许H+透过,其他离子难以透过,B错误;Zn电极为负极,发生氧化反应,Zn-2e- Zn2+;当电路中每流过0.02mol电子,消耗锌的 物质的量为0.01mol,质量为0.65g,C正确;Pb电极为正极,发生还原反应, 2CO2+2e- C2 D错误。 6.据报道,近日微软新推出一款诺基亚品牌的功能手机Nokia230,该款手机使用新型锂钒氧化物电池,续航时间可达到27天。 已知电池的总反应为V2O5+xLi LixV2O5,下列说法正确的是( ) A.电池在放电时,Li+向电源负极移动 B.充电时阳极的反应为LixV2O5-xe-===V2O5+xLi+ C.放电时负极失重7.0g,则转移2mol电子 D.该电池以Li、V2O5为电极,酸性溶液作介质 【解析】电池在放电时,Li+向正极移动,A项错误;电池充电时阳极发生氧化反应,电极反应式是LixV2O5-xe-===V2O5+xLi+,B项正确;负极的反应为,每消耗1molLi(7.0g)则转移1mol电子,C项错误;Li是活泼金属,会与酸性溶液反应产生H2,因而电池介质不会是酸性溶液,D项错误。 7.锂—空气电池能够提供相当于普通锂离子电池10倍的能量,因此它是最有前途的电池之一。 下图是锂—空气电池放电和充电时的工业原理示意图。 下列说法正确的是( ) 图Ⅰ 图Ⅱ A.图Ⅰ所示电池中电极a为正极,b为负极 B.图Ⅰ电池中的固体电解质可用NaOH溶液代替 C.当给图Ⅱ中的锂-空气电池充电时,d极应接外接电源的负极 D.图Ⅱ中d极的电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑ 【解析】根据题意,A选项,图Ⅰ中a电极为锂,为活泼金属,易失电子,故a极为负极,错误。 B选项,锂是较活泼的金属,易与NaOH溶液中的水反应,故不可用其代替。 错误。 当给图Ⅱ中的锂空气电池充电时,d极作阳极,应接外接电源的正极,电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑,因此C项错误,D项正确。 9.某同学设计如图所示装置,探究氯碱工业原理,下列说法正确的是( ) A.石墨电极与直流电源负极相连 B.用湿润淀粉-KI试剂在铜电极附近检验气体,试纸变蓝色 C.氢氧化钠在石墨电极附近产生,Na+向石墨电极迁移 D.铜电极的反应式为: 2H++2e-===H2↑ 【解析】若该装置是探究氯碱工业原理,则Cu电极应该与电源的负极连接,石墨电极与直流电源正极相连,A项错误;Cu电极为阴极,在阴极发生反应: 2H++2e-===H2↑;在阳极C电极上发生反应: 2Cl--2e-===Cl2↑;所以用湿润KI淀粉试剂在碳电极附近检验气体,试纸变蓝色,B项错误;由于Cu电极为阴极,在阴极发生反应: 2H++2e-===H2↑;破坏了附近的水的电离平衡,最终在Cu电极附近氢氧化钠产生,Na+向铜电极迁移,C项错误;铜电极的反应式为: 2H++2e-===H2↑,D项正确。 10.厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理,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,乳酸的摩尔质量为90g·mol-1),下表有关说法中正确的是( ) A.阳极的电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑ B.H+从阳极通过阳离子交换膜向阴极移动 C.A-通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室 D.400mL10g·L-1乳酸溶液通电一段时间后,浓度上升为145g·L-1(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4.48L 【解析】阳极: 2H2O-4e-===O2↑+4H+。 阴极区A-移向浓缩室,阳极区H+浓度增大,移向浓缩室,得到浓乳酸溶液,增加的乳酸的物质的量为 =0.6mol,所以产生H2的体积(标准状况)为 ×22.4L·mol-1=6.72L。 11.用惰性电极电解如下物质可制得对应金属的是( ) A.电解熔融AlCl3获取金属铝 B.电解MgCl2溶液获取金属镁 C.电解CuCl2溶液获取金属铜 D.电解饱和食盐水来获取金属钠 【解析】选C 电解熔融的Al2O3才能够制备金属铝,A错误;电解熔融的MgCl2获取金属镁,B错误;电解CuCl2溶液,阴极得到铜,C正确;电解熔融的NaCl才能制备钠,而电解饱和食盐水得到NaOH溶液,D错误。 12.某同学设计如图所示装置,探究氯碱工业原理,下列说法正确的是( ) A.石墨电极与直流电源负极相连 B.用湿润KI淀粉试纸在铜电极附近检验气体,试纸变蓝色 C.氢氧化钠在石墨电极附近产生,Na+向石墨电极迁移 D.铜电极的反应式为2H++2e-===H2↑ 【解析】选D 设计本装置的目的是探究氯碱工业原理,也就是电解NaCl溶液,故Cu电极只能作阴极,连接电源的负极,A不正确;Cu电极周围得到的产物是H2,无法使湿润KI淀粉试纸变蓝色,B不正确;NaOH是Cu电极周围产物,Na+向Cu电极迁移,C不正确;Cu电极发生的电极反应为2H++2e-===H2↑,D正确。 13.用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验,则下表中各项所列对应关系均正确的一组是( ) 选项 X极 实验前U形管中液体 通电后现象及结论 A 正极 Na2SO4溶液 U形管两端滴入酚酞后,a管中呈红色 B 正极 AgNO3溶液 b管中电极反应式是4OH--4e-===O2↑+2H2O C 负极 CuCl2溶液 b管中有气体逸出 D 负极 NaOH溶液 溶液pH降低 【解析】选C 电解Na2SO4溶液时,阳极上是OH-发生失电子的氧化反应,即a管中OH-放电,酸性增强,酸遇酚酞不变色,即a管中呈无色,A错误;电解AgNO3溶液时,阴极上是Ag+发生得电子的还原反应,即b管中电极反应是析出金属Ag的反应,B错误;电解CuCl2溶液时,阳极上是Cl-发生失电子的氧化反应,即b管中Cl-放电,产生Cl2,C正确;电解NaOH溶液时,阴极上是H+放电,阳极上是OH-放电,实际上电解的是水,导致NaOH溶液的浓度增大,碱性增强,pH升高,D错误。 14.四室式电渗析法制备盐酸和NaOH的装置如图所示。 a、b、c为阴、阳离子交换膜。 已知: 阴离子交换膜只允许阴离子透过,阳离子交换膜只允许阳离子透过。 下列叙述正确的是( ) A.b、c分别依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜 B.通电后Ⅲ室中的Cl-透过c迁移至阳极区 C.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的pH均升高 D.电池总反应为4NaCl+6H2O 4NaOH+4HCl+2H2↑+O2↑ 【解析】由图中信息可知,左边电极与负极相连为阴极,右边电极为阳极,所以通电后,阴离子向右定向移动,阳离子向左定向移动,阳极上H2O放电生成O2和H+,阴极上H2O放电生成H2和OH-;H+透过c,Cl-透过b,二者在b、c之间的Ⅲ室形成盐酸,盐酸浓度变大,所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜;Na+透过a,NaOH的浓度变大,所以a也是阳离子交换膜,故A、B两项均错误;电解一段时间后,Ⅰ中的溶液的c(OH-)升高,pH升高,Ⅱ中为NaCl溶液,pH不变,Ⅲ中有HCl生成,故c(H+)增大,pH减小,Ⅳ中H+移向Ⅲ,H2O放电生成O2,使水的量减小,c(H+)增大,pH减小,C不正确。 15.用电解法制取KIO3的方法是以石墨和铁为电极电解KI溶液,电解反应方程式为KI+3H2O KIO3+3H2↑。 下列说法中正确的是( ) A.电解时石墨作阴极 B.电解时阳极上产生H2 C.电解过程中阴极溶液pH升高 D.阴极电极反应式: I--6e-+3H2O===IO +6H+ 【解析】选C 电解时,铁作阴极,石墨作阳极,若铁作阳极,则铁放电,A错误;阳极发生氧化反应,I-失电子被氧化,电极反应为I--6e-+3H2O===IO +6H+,B、D两项错误;阴极水放电,2H2O+2e-===H2↑+2OH-,溶液的pH升高,C项正确。 16.KIO3可采用“电解法”制备,装置如图所示。 ①写出电解时阴极的电极反应式________________________________________________________________________。 ②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________,其迁移方向是________。 (2)(2018·全国卷Ⅰ节选)制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。 阳极的电极反应式为____________。 电解后,________室的NaHSO3浓度增加。 将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。 【解析】 (1)①该装置为电解池,电解时阴极电解质为KOH,水中氢离子放电,故电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑;②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为K+,在电解池中离子移动方向为阳离子移向阴极,故K+由a到b。 (2)根据题中的图示,左侧为电解池的阳极,右侧为电解池的阴极,离子交换膜均为阳离子交换膜,只允许阳离子通过,阳极的电解质溶液为硫酸,所以阳极的电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,则阳极的氢离子会透过阳离子交换膜进入a室,与a室中的SO2碱吸收液中含有的Na2SO3发生反应生成NaHSO3,所以a室中的NaHSO3浓度增加。 [答案] (1)①2H2O+2e-===2OH-+H2↑ ②K+ a到b (2)2H2O-4e-===4H++O2↑ a 17.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淀粉KI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- 18.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
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