達標作業(yè)21電解池金屬的腐蝕與防護[基礎題]1．某小組設計電解飽和食鹽水的裝置如圖，通電后兩極均有氣泡產(chǎn)生，下列敘述正確的是()A．銅電極附近觀察到黃綠色氣體B．石墨電極附近溶液呈紅色C．溶液中的Na＋向石墨電極移動D．銅電極上發(fā)生還原反應解析：根據(jù)電解飽和食鹽水的裝置，如果通電兩極均有氣泡產(chǎn)生，則金屬銅一定是陰極，該極上的反應為：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，石墨為陽極，發(fā)生的電極反應為：2Cl－－2e－=Cl2↑，故石墨電極附近觀察到黃綠色氣體，銅電極附近溶液呈紅色，A、B錯誤；選項C，Na＋應向陰極也就是銅電極移動，故C項錯誤；選項D，銅電極為陰極，發(fā)生還原反應，故D正確。答案：D2．下列有關電化學裝置的說法正確的是()A．用圖1裝置處理銀器表面的黑斑(Ag2S)，銀器表面發(fā)生的反應為Ag2S＋2e－=2Ag＋S2－B．用圖2裝置電解一段時間后，銅電極部分溶解，溶液中銅離子的濃度基本不變C．圖3裝置中若直流電源的X極為負極，則該裝置可實現(xiàn)粗銅的電解精煉D．圖4裝置中若M是銅，則該裝置能防止鐵被腐蝕解析：題圖1裝置中，銀器、鋁與食鹽水構(gòu)成原電池，銀器是正極，銀器上的Ag2S發(fā)生還原反應生成銀，A項正確；題圖2裝置中，銅電極是陰極，銅不參與電極反應，B項錯誤；題圖3裝置中若X極為負極，則粗銅是陰極，電解精煉銅時粗銅應作陽極，C項錯誤；題圖4裝置中，鐵作負極，鐵被腐蝕，D項錯誤。答案：A3．下面有關電化學的圖示，完全正確的是()解析：在Cu－Zn原電池中，由于金屬活動性：Zn>Cu，所以Zn作負極，Cu作正極，在正極上發(fā)生還原反應生成H2，A錯誤；粗銅精煉時，粗銅作陽極，精銅作陰極，電極連接不正確，B錯誤；在Fe片上鍍鋅時，F(xiàn)e作陰極，Zn作陽極，電極連接不正確，C錯誤；電解飽和NaCl溶液時，陽極發(fā)生反應：2Cl－－2e－=Cl2↑，Cl2有強氧化性，與KI發(fā)生反應：Cl2＋2KI=2KCl＋I2，I2使淀粉溶液變?yōu)樗{色，陰極發(fā)生反應：2H＋＋2e－=H2↑，由于氫氣的密度比空氣密度小，所以用向下排空氣的方法收集，D正確。答案：D4．下列裝置的線路接通后，經(jīng)過一段時間，溶液的pH值明顯下降的是()解析：A項，該裝置是原電池裝置，H＋放電生成氫氣，溶液的pH增大，錯誤；B項，該裝置是電解池，Cu＋2H2Oeq\o(=,\s\up12(電解))Cu(OH)2＋H2↑，氫氧根離子濃度增大，溶液的pH增大，錯誤；C項，電解食鹽水，生成氫氧化鈉使溶液的pH增大，錯誤；D項，電解硫酸銅實質(zhì)是電解水和硫酸銅，水中的氫氧根離子放電使溶液中的氫離子濃度增大，溶液的pH減小，正確。答案：D5．研究電化學腐蝕及防護的裝置如圖所示。下列有關說法錯誤的是()A．d為石墨，鐵片腐蝕加快B．d為石墨，石墨上電極反應為：O2＋2H2O＋4e－=4OH－C．d為鋅塊，鐵片不易被腐蝕D．d為鋅塊，鐵片上電極反應為：2H＋＋2e－=H2↑解析：A項，當d為石墨時，鐵片為負極，腐蝕加快，正確；B項，當d為石墨時，石墨為原電池的正極，其電極反應為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，正確；C項，當d為鋅塊時，鐵片為原電池的正極而受到保護，稱為犧牲陽極的陰極保護法，正確；D項，當d為鋅塊時，鐵片為正極，電極反應為：O2＋2H2O＋4e－=4OH－，錯誤。答案：D6．在日常生活中，我們經(jīng)?？吹借F制品生銹、鋁制品表面出現(xiàn)白斑等眾多金屬腐蝕現(xiàn)象?，F(xiàn)通過如圖所示裝置進行實驗探究。下列說法正確的是()A．用圖Ⅰ所示裝置進行實驗，為了更快更清晰地觀察到液柱上升，可用酒精燈加熱具支試管B．圖Ⅱ是圖Ⅰ所示裝置的原理示意圖，圖Ⅱ所示裝置的正極材料是鐵C．鋁制品表面出現(xiàn)白斑的原理可以通過圖Ⅲ所示裝置進行探究，Cl－由活性炭向鋁箔表面遷移，并發(fā)生電極反應：2Cl－－2e－=Cl2↑D．圖Ⅲ所示裝置的總反應為4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3進一步脫水形成白斑解析：A項，加熱使具支試管中氣體體積增大，部分氣體逸出，冷卻后，氣體體積縮小，導管中形成液柱，并不能證明金屬發(fā)生吸氧腐蝕，錯誤；B項，負極材料應為鐵，錯誤；C項，鋁箔為負極，活性炭為正極，正極反應為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，負極反應為Al－3e－＋3OH－=Al(OH)3，錯誤；D項，將正極反應式和負極反應式相加可得圖Ⅲ所示裝置的總反應為4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3進一步脫水形成白斑，正確。答案：D7．將等物質(zhì)的量濃度的Cu(NO3)2和KCl等體積混合后，用石墨電極進行電解，電解過程中，溶液pH隨時間t變化的曲線如圖所示，則下列說法錯誤的是()A．AB段陽極只產(chǎn)生Cl2，陰極只產(chǎn)生CuB．BC段表示在陰極上是H＋放電產(chǎn)生了H2C．CD段相當于電解水D．陽極先析出Cl2，后析出O2，陰極先產(chǎn)生Cu，后逸出H2解析：設CuSO4和KCl的物質(zhì)的量各為nmol，AB段：陽極發(fā)生2Cl－－2e－=Cl2↑，陰極發(fā)生Cu2＋＋2e－=Cu，nmol氯離子失nmol電子，陰極上eq\f(1,2)nmol銅離子得nmol電子，由于銅離子水解使溶液呈酸性，銅離子濃度逐漸減小，則溶液pH逐漸增大；BC段：陽極發(fā)生2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，陰極發(fā)生Cu2＋＋2e－=Cu，陰極上eq\f(1,2)nmol銅離子再得nmol電子，溶液中氫離子濃度增大，溶液的pH迅速減??；CD段：陽極發(fā)生4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，陰極發(fā)生2H＋＋2e－=H2↑，實質(zhì)是電解水，溶液中氫離子濃度逐漸增大，pH減小。由上述分析可知，AB段陽極只產(chǎn)生Cl2，陰極只產(chǎn)生Cu，A正確；BC段表示在陰極上電極反應式為：Cu2＋＋2e－=Cu，B錯誤；CD段陰陽兩極分別發(fā)生2H＋＋2e－=H2↑和4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，即CD段被電解的物質(zhì)是水，C正確；由上述分析可知，陽極先逸出Cl2，后逸出O2，陰極先產(chǎn)生Cu，后逸出H2，D正確。答案：B8．用如圖所示裝置除去含CN－、Cl－廢水中的CN－時，控制溶液pH為9～10，陽極產(chǎn)生的ClO－將CN－氧化為兩種無污染的氣體。下列說法不正確的是()A．用石墨作陽極，鐵作陰極B．陽極的電極反應式：Cl－＋2OH－－2e－=ClO－＋H2OC．陰極的電極反應式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－D．除去CN－的反應：2CN－＋5ClO－＋2H＋=N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O解析：Cl－在陽極發(fā)生氧化反應生成ClO－，水電離出的H＋在陰極發(fā)生還原反應生成H2，又由于電解質(zhì)溶液呈堿性，故A、B、C項正確；D項，溶液呈堿性，離子方程式中不能出現(xiàn)H＋，正確的離子方程式為2CN－＋5ClO－＋H2O=N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，錯誤。答案：D9．關于下圖所示各裝置的敘述中，正確的是()A．裝置①為原電池，總反應是：Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋B．裝置①中，鐵做負極，電極反應式為：Fe3＋＋e－=Fe2＋C．裝置②通電一段時間后石墨Ⅱ電極附近溶液紅褐色加深D．若用裝置③精煉銅，則d極為粗銅，c極為純銅，電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液解析：裝置①為原電池，鐵作負極，銅作正極，負極上鐵失電子生成亞鐵離子，電極反應式為：Fe－2e－=Fe2＋，正極上鐵離子得電子生成亞鐵離子，電極反應式為：2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋，電池總反應為：Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，A、B錯誤；氫氧化鐵膠粒帶正電荷，該裝置是電解池，電解池工作時，帶正電荷的氫氧化鐵膠粒向陰極Ⅱ移動，所以石墨Ⅱ電極附近溶液紅褐色加深，C正確；根據(jù)電流方向知，a是正極，b是負極，則c是陽極，d是陰極，電解精煉銅時，粗銅作陽極，純銅作陰極，D錯誤。答案：C10．LiOH是制備鋰離子電池的材料，可由電解法制備。工業(yè)上利用如圖裝置電解制備LiOH，兩電極區(qū)電解液分別為LiOH和LiCl溶液，則下列說法中正確的是()A．B極區(qū)電解液為LiOH溶液B．電極每產(chǎn)生22.4L氣體，電路中轉(zhuǎn)移2mole－C．電解過程中Li＋遷移入B電極區(qū)、OH－遷移入A電極區(qū)D．電解池中總反應方程式為：2HCleq\o(=,\s\up12(通電))H2↑＋Cl2↑解析：電解制備LiOH，兩電極區(qū)電解液分別為LiOH和LiCl溶液，由圖可知，右側(cè)生成氫氣，則B中氫離子放電，可知B為陰極，A為陽極，在B中生成LiOH，則B極區(qū)電解液為LiOH溶液，A正確；A極區(qū)電解液為LiCl溶液，氯離子放電生成氯氣，則陽極反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑，電極每產(chǎn)生標況下22.4L氣體，電路中轉(zhuǎn)移的電子才是2mol，B錯誤；Li＋向陰極移動，即由A經(jīng)過陽離子交換膜向B移動，OH－向陽極移動，但是陽離子交換膜不允許氫氧根離子通過進入A電極區(qū)，C錯誤；電解池的陽極上是氯離子失電子，陰極上是氫離子得電子，電解的總反應方程式為：2H2O＋2LiCleq\o(=,\s\up12(通電))H2↑＋Cl2↑＋2LiOH，D錯誤。答案：A11．納米級Cu2O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關注。采用離子交換膜控制電解液中OH－的濃度制備納米級Cu2O的裝置如圖所示，發(fā)生的反應為：2Cu＋H2Oeq\o(=,\s\up12(通電))Cu2O＋H2↑。下列說法正確的是()A．鈦電極發(fā)生氧化反應B．陽極附近溶液的pH逐漸增大C．離子交換膜應采用陽離子交換膜D．陽極反應式是：2Cu＋2OH－－2e－=Cu2O＋H2O解析：鈦電極為陰極，發(fā)生還原反應，A項錯誤；銅作陽極，陽極上銅發(fā)生失電子的氧化反應，陽極反應式為2Cu＋2OH－－2e－=Cu2O＋H2O，OH－由陰極區(qū)遷移到陽極區(qū)參與反應，離子交換膜應為陰離子交換膜，C項錯誤，D項正確；由陰極區(qū)遷移過來的OH－在陽極全部參與反應；陽極附近溶液的pH不變，B項錯誤。答案：D12．下列做法有利于金屬防護的是()A．鋼鐵零件表面進行烤藍處理B．將鋼鐵制成的閘門與直流電源正極相連C．菜刀切菜后不洗凈就放回刀架D．埋在地下的鋼管與銅塊相連解析：一般鋼鐵容易生銹，如果將鋼鐵零件的表面進行烤藍處理，就能大大增強抗蝕能力，延長使用壽命，A項正確；鋼鐵制成的閘門與直流電源的正極相連，閘門成為電解池的陽極，能加速腐蝕，B項錯誤；菜刀切菜后不洗凈，容易發(fā)生吸氧腐蝕，C項錯誤；鐵比銅活潑，當埋在地下的鋼管與銅塊相連時，鋼管成為原電池的負極，加快了腐蝕，應該使鋼管與鋅塊相連，D項錯誤。答案：A13．用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2，將所得的Na2SO3溶液進行電解，可循環(huán)再生NaOH，同時得到H2SO4，其原理如下圖所示(電極材料為石墨)。(1)圖中a極要連接電源的________(填“正”或“負”)極，C口流出的物質(zhì)是________。(2)SOeq\o\al(2－,3)放電的電極反應式為____________。(3)電解過程中陰極區(qū)堿性明顯增強，用平衡移動原理解釋原因：________________。解析：根據(jù)Na＋、SOeq\o\al(2－,3)的移向判斷陰、陽極。Na＋移向陰極區(qū)，a應接電源負極，b應接電源正極，其電極反應式分別為陽極：SOeq\o\al(2－,3)－2e－＋H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋2H＋陰極：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－所以從C口流出的是H2SO4；在陰極區(qū)，由于H＋放電，破壞水的電離平衡，c(H＋)減小，c(OH－)增大，生成NaOH，堿性增強，從B口流出的是濃度較大的NaOH溶液。答案：(1)負硫酸(2)SOeq\o\al(2－,3)－2e－＋H2O=SOeq\o\al(2－,4)＋2H＋(3)H2OH＋＋OH－，在陰極H＋放電生成H2，c(H＋)減小，水的電離平衡正向移動，堿性增強[能力題]14．(1)H3PO2也可用電滲析法制備?！八氖译姖B析法”工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)：①寫出陽極的電極反應式________________。②分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因________________________________________________________________________。③早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產(chǎn)品室。其缺點是產(chǎn)品中混有________雜質(zhì)。該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)電解NO制備NH4NO3，其工作原理如下圖所示，為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3，需補充物質(zhì)A，A是________，說明理由：________________。(3)化工生產(chǎn)的副產(chǎn)氫也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時獲得氫氣：Fe＋2H2O＋2OH－eq\o(=,\s\up12(電解))FeOeq\o\al(2－,4)＋3H2↑，工作原理如圖1所示。裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色FeOeq\o\al(2－,4)，鎳電極有氣泡產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知：Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原。①電解一段時間后，c(OH－)降低的區(qū)域在________(填“陰極室”或“陽極室”)。②電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出，其原因是________________________________________________________________________。③c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖2，任選M、N兩點中的一點，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：________________________________________________________________________。解析：(1)①陽極發(fā)生氧化反應，由于OH－的放電性大于SOeq\o\al(2－,4)，則在反應中OH－失去電子，電極反應式為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑。②陽極室H2O放電產(chǎn)生H＋，H＋進入產(chǎn)品室，原料室中的H2POeq\o\al(－,2)穿過陰膜擴散至產(chǎn)品室，兩者發(fā)生反應：H＋＋H2POeq\o\al(－,2)H3PO2。③如果撤去陽膜，H2POeq\o\al(－,2)或H3PO2可能被氧化為POeq\o\al(3－,4)。(2)根據(jù)電解NO制備NH4NO3的工作原理圖知：陰極反應式為3NO＋15e－＋18H＋=3NHeq\o\al(＋,4)＋3H