考點(diǎn)規(guī)范練17電解池金屬的腐蝕與防護(hù)一、選擇題1.下列裝置的線路接通后,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,溶液的pH明顯減小的是()。答案:D解析:A項(xiàng),該裝置是原電池裝置,H+放電生成氫氣,溶液的pH增大,A項(xiàng)錯(cuò)誤。B項(xiàng),陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng):2OH+Cu2eCu(OH)2,陰極發(fā)生反應(yīng):2H2O+2eH2↑+2OH,總反應(yīng):Cu+2H2OCu(OH)2+H2↑,反應(yīng)消耗了水使溶液的pH增大,B項(xiàng)錯(cuò)誤。C項(xiàng),電解NaCl溶液,總反應(yīng):2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,生成氫氧化鈉使溶液的pH增大,C項(xiàng)錯(cuò)誤。D項(xiàng),電解硫酸銅溶液的總反應(yīng):2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,生成硫酸使溶液的pH減小,D項(xiàng)正確。2.將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤(rùn)后,置于如圖所示裝置中,進(jìn)行鐵的電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)。下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法正確的是()。A.鐵被氧化的電極反應(yīng)式為Fe3eFe3+B.鐵腐蝕過(guò)程中化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能C.活性炭的存在會(huì)加速鐵的腐蝕D.以水代替NaCl溶液,鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕答案:C解析:D項(xiàng),用水代替NaCl溶液,Fe和炭也可以構(gòu)成原電池,Fe失去電子,空氣中的O2得到電子,鐵發(fā)生吸氧腐蝕,錯(cuò)誤。3.化學(xué)用語(yǔ)是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要工具,下列用來(lái)表示物質(zhì)變化的化學(xué)用語(yǔ)正確的是()。A.用銅作陰極,石墨作陽(yáng)極,電解飽和食鹽水時(shí),陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為2Cl2eCl2↑B.鉛酸蓄電池放電時(shí)的正極反應(yīng)式為SO42-+Pb2eC.粗銅精煉時(shí),與電源正極相連的應(yīng)是粗銅,該極發(fā)生的電極反應(yīng)只有Cu2eCu2+D.鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的正極反應(yīng)式為Fe2eFe2+答案:A解析:鉛酸蓄電池放電時(shí)的正極反應(yīng)式為4H++SO42-+PbO2+2ePbSO4+2H2O,負(fù)極反應(yīng)式為Pb2e+SO42-PbSO4,B項(xiàng)錯(cuò)誤。粗銅精煉時(shí),與電源正極相連的應(yīng)是粗銅,該極發(fā)生的電極反應(yīng)除Cu2eCu2+外,還有比銅活潑的雜質(zhì)金屬失電子的反應(yīng),C項(xiàng)錯(cuò)誤。鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的負(fù)極反應(yīng)式為Fe2eFe2+4.(雙選)三室式電滲析法處理含NH4NO3廢水的原理如圖所示,在直流電源的作用下,兩膜中間的NH4+和NO3-可通過(guò)離子交換膜,而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。工作一段時(shí)間后,在兩極區(qū)均得到副產(chǎn)品NH4NO3。下列敘述正確的是A.a極為電源負(fù)極,b極為電源正極B.c膜是陰離子交換膜,d膜是陽(yáng)離子交換膜C.陰極電極反應(yīng)式為12H++2NO3-+10eN2↑+6H2D.當(dāng)電路中通過(guò)1mol電子的電量時(shí),陽(yáng)極會(huì)有5.6L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2生成答案:AD解析:根據(jù)題意兩極均得到副產(chǎn)物NH4NO3,可知Ⅱ室廢水中的NH4+移向Ⅰ室、NO3-移向Ⅲ室,根據(jù)電解過(guò)程中離子的移動(dòng)原理,可知Ⅰ室石墨電極為陰極、Ⅲ室石墨電極為陽(yáng)極。陰極所連的a極為電源負(fù)極,b極為電源正極,A項(xiàng)正確。NH4+能通過(guò)c膜,故c膜應(yīng)為陽(yáng)離子交換膜,同理可知d膜為陰離子交換膜,B項(xiàng)錯(cuò)誤。陰極上H+得電子生成氫氣,C項(xiàng)錯(cuò)誤。電路中通過(guò)1mol電子時(shí),陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣為5.5.利用電解質(zhì)溶液的濃度對(duì)電極電勢(shì)的影響,可設(shè)計(jì)濃差電池。如圖為一套濃差電池和電解質(zhì)溶液再生的配套裝置示意圖,閉合開(kāi)關(guān)K之前,兩個(gè)Cu電極的質(zhì)量相等。下列有關(guān)這套裝置的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()。A.循環(huán)物質(zhì)E為水B.乙池中Cu電極為陰極,發(fā)生還原反應(yīng)C.甲池中的電極反應(yīng)式為Cu2++2eCuD.若外電路中通過(guò)1mol電子,兩電極的質(zhì)量差為64g答案:B解析:由陰離子SO42-的移動(dòng)方向可知,右邊Cu電極為負(fù)極,發(fā)生反應(yīng)Cu2eCu2+,Cu電極失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng);左邊的電極為正極,發(fā)生反應(yīng)Cu2++2eCu,當(dāng)電路中通過(guò)1mol電子,左邊電極增加32g,右邊電極減少32g,兩極的質(zhì)量差變?yōu)?4g。電解質(zhì)再生池是利用太陽(yáng)能將CuSO4稀溶液蒸發(fā),分離為CuSO4濃溶液和水后,再返回濃差電池。通過(guò)上述分析可知循環(huán)物質(zhì)E為水,使稀硫酸銅溶液變?yōu)闈饬蛩徙~溶液,則A、C、D項(xiàng)正確,B6.(2021全國(guó)乙)沿海電廠采用海水為冷卻水,但在排水管中生物的附著和滋生會(huì)阻礙冷卻水排放并降低冷卻效率。為解決這一問(wèn)題,通常在管道口設(shè)置一對(duì)惰性電極(如圖所示),通入一定的電流。下列敘述錯(cuò)誤的是()。A.陽(yáng)極發(fā)生將海水中的Cl氧化生成Cl2的反應(yīng)B.管道中可以生成氧化滅殺附著生物的NaClOC.陰極生成的H2應(yīng)及時(shí)通風(fēng)稀釋安全地排入大氣D.陽(yáng)極表面形成的Mg(OH)2等積垢需要定期清理答案:D解析:根據(jù)裝置示意圖以及陰、陽(yáng)極都是惰性電極可知,陽(yáng)極反應(yīng)為2Cl2eCl2↑,即Cl被氧化生成Cl2,A項(xiàng)正確;陰極生成氫氣,溶液堿性增強(qiáng),海水中存在大量的Na+,故Cl2參與反應(yīng)生成NaClO,NaClO具有強(qiáng)氧化性,可以殺滅附著生物,B項(xiàng)正確;陰極生成的氫氣易燃,與空氣的混合氣體遇明火易發(fā)生爆炸,所以應(yīng)將生成的氫氣及時(shí)通風(fēng)稀釋安全地排出,C項(xiàng)正確;陰極上H+得電子生成氫氣,溶液中c(OH)增大,海水中的Mg2+向陰極移動(dòng),在陰極表面形成Mg(OH)2沉淀,故在陰極表面形成積垢,需要定期處理,D項(xiàng)錯(cuò)誤。7.(2021廣東卷)鈷(Co)的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械制造等領(lǐng)域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說(shuō)法正確的是()。A.工作時(shí),Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B.生成1molCo,Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上減少16gC.移除兩交換膜后,石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)不變D.電解總反應(yīng):2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+答案:D解析:電解裝置工作時(shí),Ⅰ室反應(yīng)為2H2O4e4H++O2↑,Ⅲ室反應(yīng)為Co2++2eCo,H+移向Ⅱ室,Cl移向Ⅱ室。Ⅰ室中H2SO4的物質(zhì)的量不變,H2O的物質(zhì)的量減小,H2SO4濃度增大,溶液pH減小;Ⅱ室中H+濃度增大,溶液pH減小,A項(xiàng)錯(cuò)誤。生成1molCo轉(zhuǎn)移2mole,Ⅰ室減少1molH2O,質(zhì)量為18g,B項(xiàng)錯(cuò)誤;移除兩交換膜,石墨電極上放電的是Cl,C項(xiàng)錯(cuò)誤。根據(jù)電子守恒,該電解過(guò)程的總反應(yīng)為2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+,D項(xiàng)正確。8.工業(yè)上用電解法處理含鎳酸性廢水并得到單質(zhì)Ni的原理如圖所示。已知:①Ni2+在弱酸性溶液中發(fā)生水解;②氧化性:Ni2+(高濃度)>H+>Ni2+(低濃度)。下列說(shuō)法中不正確的是()。A.石墨棒上發(fā)生的電極反應(yīng):4OH4eO2↑+2H2OB.電解過(guò)程中,B室中NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度將不斷減小C.為了提高Ni的產(chǎn)率,電解過(guò)程中需要控制廢水的pHD.若將圖中陽(yáng)離子膜去掉,將A、B兩室合并,則電解反應(yīng)的總方程式發(fā)生改變答案:B解析:由題圖可知,石墨棒與電源正極相連,作電解池的陽(yáng)極,電極反應(yīng)式為4OH4eO2↑+2H2O,A項(xiàng)正確。電解過(guò)程中為平衡A、C室中的電荷,A室中的Na+和C室中的Cl分別通過(guò)陽(yáng)離子膜和陰離子膜移向B室中,使B室中NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度不斷增大,B項(xiàng)錯(cuò)誤。因Ni2+在弱酸性溶液中易發(fā)生水解反應(yīng),且氧化性Ni2+(高濃度)>H+>Ni2+(低濃度),為了提高Ni的產(chǎn)率,電解過(guò)程中需要控制廢水的pH,C項(xiàng)正確。若將圖中陽(yáng)離子膜去掉,由于放電順序Cl>OH,則Cl在陽(yáng)極放電,發(fā)生反應(yīng)2Cl2eCl2↑,電解反應(yīng)的總方程式會(huì)發(fā)生改變,D項(xiàng)正確。二、非選擇題9.電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用,不僅可以制備物質(zhì),還可以提純和凈化。(1)電解食鹽水是氯堿工業(yè)的基礎(chǔ)。目前比較先進(jìn)的方法是陽(yáng)離子交換膜法,電解原理如圖所示,圖中的陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò),請(qǐng)回答以下問(wèn)題:①圖中A極要連接電源的(填“正”或“負(fù)”)極。

②精制飽和食鹽水從圖中位置補(bǔ)充,氫氧化鈉溶液從圖中位置流出。(填“a”“b”“c”“d”“e”或“f”)

③電解總反應(yīng)的離子方程式是。

(2)化學(xué)在環(huán)境保護(hù)中起著十分重要的作用,電化學(xué)降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染,電化學(xué)降解NO3①電源正極為(填“A”或“B”),陰極反應(yīng)式為。

②若電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移了5mol電子,則膜左側(cè)電解液的質(zhì)量變化為g。

答案:(1)①正②ad③2Cl+2H2OCl2↑+H2↑+2OH(2)①A12H++2NO3-+10eN2↑+6H2O②解析:(1)①由電解食鹽水裝置圖可知,鈉離子移向右邊,則左邊A為陽(yáng)極,所以A極要連接電源的正極。②左邊A為陽(yáng)極,電極反應(yīng)式為2Cl2eCl2↑,所以精制飽和食鹽水從圖中a位置補(bǔ)充;右邊B為陰極,電極反應(yīng)式為2H2O+2eH2↑+2OH,則生成的氫氧化鈉溶液從圖中d位置流出。③電解總反應(yīng)的離子方程式是2Cl+2H2OCl2↑+H2↑+2OH。(2)①由圖示知在AgPt電極上NO3-發(fā)生還原反應(yīng),因此AgPt電極為陰極,則B為電源負(fù)極,A為電源正極;在陰極反應(yīng)是NO3-得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N2,裝置中采用質(zhì)子交換膜,應(yīng)只允許H+通過(guò),則H+參與陰極反應(yīng)且有H2O生成,陰極反應(yīng)式為12H++2NO3-+10eN2②陽(yáng)極反應(yīng)為2H2O4eO2↑+4H+,轉(zhuǎn)移5mol電子時(shí),陽(yáng)極消耗2.5molH2O,產(chǎn)生的5molH+進(jìn)入陰極室,陽(yáng)極室質(zhì)量減小45g。10.(1)用間接電化學(xué)法除去NO的過(guò)程,如圖所示:已知電解池的陰極室中溶液的pH在4~7之間,寫(xiě)出陰極的電極反應(yīng)式:

。

用離子方程式表示吸收池中除去NO的原理:

。

(2)目前已開(kāi)發(fā)出電解法制取ClO2的新工藝。①用石墨作電極,在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2(如圖所示),寫(xiě)出陽(yáng)極產(chǎn)生ClO2的電極反應(yīng)式:

。

②電解一段時(shí)間,當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體體積為112mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí),停止電解,通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子的物質(zhì)的量為mol;用平衡移動(dòng)原理解釋陰極區(qū)pH增大的原因:

。

(3)①鋼鐵銹蝕的圖示如圖a所示:圖a圖b用箭頭表示出圖a中電子的運(yùn)動(dòng)方向;請(qǐng)你分析鐵軌銹蝕的原因是

。②我國(guó)的科技人員為了消除SO2的污染,變廢為寶,利用原電池原理,設(shè)計(jì)由SO2和O2來(lái)制備硫酸。設(shè)計(jì)裝置如圖b所示,電極A、B為多孔的材料。A極為(填“正極”或“負(fù)極”)。

B極的電極反應(yīng)式是。

答案:(1)2H++2HSO3-+2eS2O422NO+2S2O42-+2H2ON2(2)①2H2O+Cl5eClO2↑+4H+②0.01在陰極發(fā)生水電離出的H+放電,H+濃度減小,使得H2OOH+H+的平衡向右移動(dòng),OH濃度增大,pH增大(3)①鐵為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)Fe2eFe2+;由于電解質(zhì)溶液中有H2CO3,電離出氫離子,2H++2eH2↑,發(fā)生析氫腐蝕。電解質(zhì)溶液中又溶有氧氣,2H2O+O2+4e4OH,發(fā)生吸氧腐蝕②正極SO2+2H2O2eSO42-+4H+解析:(1)陰極發(fā)生還原反應(yīng),是亞硫酸氫根離子得電子生成S2O42-,電極反應(yīng)式為2HSO3-+2H++2eS2O42-+2H2O;S2O42-與一氧化氮發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成氮?dú)夂蛠喠蛩釟涓?離子方程式為2NO+2S2(2)①由題意可知,氯離子放電生成ClO2,由原子守恒可知,有水參加反應(yīng),同時(shí)生成氫離子,電極反應(yīng)式為2H2O+Cl5eClO2↑+4H+。②在陰極發(fā)生2H2O+2eH2↑+2OH,氫氣的物質(zhì)的量為0.112L22.4L·mol-1=0.005mol,通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子為+1價(jià)離子,通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子的物質(zhì)的量為0.005mol×2=0.01mol,電解時(shí)陰極H+濃度減小,使得(3)①鋼鐵含有鐵和碳,鐵為負(fù)極,C為正極,電子由負(fù)極流向正極,故電子的移動(dòng)方向可表示為;鐵軌銹蝕的原因是鐵為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)Fe2eFe2+。由于電解質(zhì)溶液中有H2CO3,電離出氫離子,2H++2eH2↑,發(fā)生析氫腐蝕。電解質(zhì)溶液中又溶有氧氣,2H2O+O2+4e4OH,發(fā)生吸氧腐蝕。②由題意可知原電池目的是用SO2與O2反應(yīng)來(lái)制備硫酸,B極生成硫酸,則通入的氣體應(yīng)為SO2,硫元素由+4價(jià)升高到+6價(jià),發(fā)生氧化反應(yīng)2H2O+SO22eSO42-+4H+,B極為負(fù)極,A極為正極。11.如圖所示的四個(gè)容器中分別盛有不同的溶液,除a、b外,其余電極均為石墨電極。甲為鉛酸蓄電池,其工作原理為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,其兩個(gè)電極的電極材料分別為PbO2和Pb。閉合K,發(fā)現(xiàn)g電極附近的溶液先變紅,20min后,將K斷開(kāi),此時(shí)c、d兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同。據(jù)此回答:(1)a電極的電極材料是(填“PbO2”或“Pb”)。

(2)丙裝置中發(fā)生電解的總反應(yīng)方程式為。

(3)電解20min時(shí),停止電解,此時(shí)要使乙中溶液恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài),需要加入的物質(zhì)及其物質(zhì)的量是。

(4)20min后將乙裝置與其他裝置斷開(kāi),然后在c、d兩極間連接上靈敏電流計(jì),發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn),則此時(shí)c電極為極,d電極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)為。(5)電解后取amL丁裝置中的溶液,向其中逐滴加入等物質(zhì)的量濃度的CH3COOH溶液,當(dāng)加入bmLCH3COOH溶液時(shí),混合溶液的pH恰好等于7(體積變化忽略不計(jì))。已知CH3COOH的電離平衡常數(shù)為1.75×105,則ab=答案:(1)PbO2(2)2H2O2H2↑+O2↑(3)0.1molCu(OH)2(4)負(fù)4H++O2+4e2H2O(5)175解析:甲池是原電池,作電源,發(fā)生的反應(yīng)為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O;乙、丙、丁是電解池,閉合K,發(fā)現(xiàn)g電極附近的溶液變紅,說(shuō)明g電極是電解池的陰極,h是電解池的陽(yáng)極,所