第12周·周末作業(yè)金屬的腐蝕與防護(hù)電化學(xué)的應(yīng)用一、選擇題1.下列關(guān)于電化學(xué)腐蝕、防護(hù)與利用的說法中,不正確的是()A.銅板打上鐵鉚釘后,銅板不易被腐蝕B.暖氣片表面刷油漆可防止金屬腐蝕C.連接鋅棒后,電子由鋅流向鐵管道D.陰極的電極反應(yīng)式為Fe2eFe2+2.某原電池的裝置如圖所示,總反應(yīng)為H2(g)+HgO(s)H2O(l)+Hg(l),其中陰離子交換膜只允許陰離子和水分子通過。下列說法正確的是()A.正極反應(yīng)為HgO(s)2e+H2OHg(l)+2OHB.OH通過離子交換膜從負(fù)極向正極移動,保持溶液中電荷平衡C.每反應(yīng)2.24L氫氣,交換膜通過0.2mol離子D.放電結(jié)束后,溶液的堿性減弱3.某化學(xué)探究小組在水中滴加酚酞和鐵氰化鉀溶液,然后將1顆鐵釘豎直浸在水中,幾天后觀察到鐵釘A段部位周圍的水變紅色,鐵釘下端(B部位)產(chǎn)生藍(lán)色沉淀,如圖所示,根據(jù)圖示分析。下列說法正確的是()A.鐵、炭、水構(gòu)成大量的微小電池,在水面附近腐蝕最嚴(yán)重B.鐵釘A部位是負(fù)極:Fe2eFe2+C.以上實驗現(xiàn)象證明發(fā)生的主要是吸氧腐蝕D.最終得到的鐵銹能覆蓋在鐵釘?shù)谋砻?防止腐蝕繼續(xù)發(fā)生4.工業(yè)上,以堿性鋅錳電池為電源,用鐵和石墨作電極電解酸性廢水,可將廢水中PO43?以FePO下列說法不正確的是()A.X極材料為石墨B.電子流向:Zn→X,Y→MnO2C.陽極發(fā)生的反應(yīng)為4Fe8e?+O2+4H++4PO43?4FePO4↓+2HD.每消耗19.5gZn理論上沉淀0.2molPO5.一種新型鎂硫二次電池的工作原理如圖所示。下列說法不正確的是()A.b電極添加石墨烯可以提高電池正極材料導(dǎo)電性B.放電時,正極反應(yīng)包括:Mg2++MgS2+2e2MgSC.隔膜是陽離子交換膜,充電時Mg2+從b極移向a極D.充電時,若發(fā)生2mol電子轉(zhuǎn)移,則陽極增加的質(zhì)量為24g6.利用膜技術(shù)和電化學(xué)原理制備少量硫酸和綠色硝化劑N2O5,裝置如圖,下列說法正確的是()A.甲裝置將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B.每轉(zhuǎn)移2mol電子,生成2molN2O5和1molH2SO4C.乙中電極d上發(fā)生氧化反應(yīng)D.c電極反應(yīng)式為N2O42e+H2ON2O5+2H+7.恒溫條件下,用圖1所示裝置研究鐵的電化學(xué)腐蝕,測定結(jié)果如圖2。下列說法正確的是()A.鐵的電化學(xué)腐蝕屬于化學(xué)腐蝕B.AB段pH越大,析氫速率越大C.BC段正極反應(yīng)式主要為O2+4e+4H+2H2OD.DE段pH基本不變,說明生成鐵銹覆蓋在鐵粉表面,阻止鐵粉繼續(xù)發(fā)生腐蝕二、非選擇題8.(12分)如圖所示,A為電源,B為浸透飽和食鹽水和酚酞的濾紙,濾紙中央滴有一滴KMnO4溶液,C、D為電解槽,其電極材料及電解質(zhì)溶液如圖所示。(1)閉合K1,斷開K2,通電后,d端顯紅色,則電源a端為極,若c、d為惰性電極,c端的電極反應(yīng)是,

檢驗c端產(chǎn)物的方法。

高錳酸鉀液滴現(xiàn)象。

(2)已知C裝置中溶液的溶質(zhì)為Cu(NO3)2和X(NO3)3,且均為0.1mol,斷開K1,閉合K2,通電一段時間后,陰極析出固體質(zhì)量m(g)與通過電子的物質(zhì)的量n(mol)關(guān)系如圖所示,則Cu2+、X3+、H+氧化能力由大到小的順序是。(3)D裝置中反應(yīng)的方程式。

9.(14分)某小組同學(xué)利用如圖所示裝置進(jìn)行鐵的電化學(xué)腐蝕原理的探究實驗:裝置分別進(jìn)行的操作現(xiàn)象ⅰ.連好裝置一段時間后,向燒杯中滴加酚酞ⅱ.連好裝置一段時間后,向燒杯中滴加K3[Fe(CN)6]溶液鐵片表面產(chǎn)生藍(lán)色沉淀(1)小組同學(xué)認(rèn)為以上兩種檢驗方法,均能證明鐵發(fā)生了吸氧腐蝕。實驗ⅰ中的現(xiàn)象是。用化學(xué)用語解釋實驗ⅰ中的現(xiàn)象:。(寫電極反應(yīng)式)

(2)查閱資料:K3[Fe(CN)6]具有氧化性。①據(jù)此有同學(xué)認(rèn)為僅通過ⅱ中現(xiàn)象不能證明鐵發(fā)生了電化學(xué)腐蝕,理由是。

②進(jìn)行下列實驗,幾分鐘后的記錄如下:實驗滴管試管現(xiàn)象0.5mol·L1K3[Fe(CN)6]溶液ⅲ.蒸餾水無明顯變化ⅳ.1.0mol·L1NaCl溶液鐵片表面產(chǎn)生大量藍(lán)色沉淀ⅴ.0.5mol·L1Na2SO4溶液無明顯變化A.以上實驗表明:在條件下,K3[Fe(CN)6]溶液可以與鐵片發(fā)生反應(yīng)。

B.為探究Cl的存在對反應(yīng)的影響,小組同學(xué)將鐵片酸洗(用稀硫酸浸泡后洗凈)后再進(jìn)行實驗ⅲ,發(fā)現(xiàn)鐵片表面產(chǎn)生藍(lán)色沉淀。此補(bǔ)充實驗表明Cl的作用是。

(3)綜合以上實驗分析,利用實驗ⅱ中試劑能證實鐵發(fā)生了電化學(xué)腐蝕的實驗方案是。

(4)已知藍(lán)色沉淀為KFe[Fe(CN)6],寫出產(chǎn)生該沉淀的離子方程式:。

第12周·周末作業(yè)1.選D銅板打上鐵鉚釘后,易形成Fe—Cu原電池,Cu作正極被保護(hù),Cu不易被腐蝕,故A正確;暖氣片表面刷油漆可隔絕空氣、水,從而防止金屬腐蝕,故B正確;連接鋅棒后,鋅比鐵活潑,形成鋅鐵原電池,鋅作負(fù)極,電子由鋅流向鐵管道,故C正確;鐵管道與電源負(fù)極相連,為陰極,周圍的水在陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為2H2O+2e2OH+H2↑,故D錯誤。2.選D根據(jù)圖可知,該裝置為原電池裝置,通入氫氣的一極為負(fù)極,化合價升高失電子,與氫氧根離子反應(yīng)生成水,氧化汞一極為正極,與水反應(yīng)生成汞和氫氧根離子,正極反應(yīng)為HgO(s)+2e+H2OHg(l)+2OH,A錯誤;OH通過離子交換膜從正極向負(fù)極移動,保持溶液中電荷平衡,B錯誤;每反應(yīng)標(biāo)況下的2.24L氫氣,交換膜通過0.2mol離子,C錯誤;放電結(jié)束后,生成的水對氫氧根離子有稀釋作用,溶液的堿性減弱,D正確。3.選C水變紅色說明反應(yīng)生成氫氧根離子,藍(lán)色沉淀是亞鐵離子和鐵氰化鉀溶液反應(yīng)產(chǎn)生的,則說明鐵釘在溶解有氧氣的中性溶液中發(fā)生了吸氧腐蝕:鐵釘下端(B部位)鐵失去電子被氧化為亞鐵離子被腐蝕;水中溶解氧從鐵釘A段部位的碳上結(jié)合電子被還原為氫氧根離子,氫氧根和亞鐵離子結(jié)合成氫氧化亞鐵,并進(jìn)一步形成鐵銹。金屬的腐蝕為金屬原子失去電子被氧化變成離子的過程,已知鐵釘A段部位周圍的水變紅色,則A段水中溶解氧從鐵釘?shù)奶忌辖Y(jié)合電子被還原為氫氧根離子、為正極,鐵釘下端(B部位)產(chǎn)生藍(lán)色沉淀,則B段鐵失去電子生成亞鐵離子被腐蝕,故鐵釘下端(B部位)腐蝕最嚴(yán)重,A項錯誤;據(jù)分析,鐵釘B部位是負(fù)極,電極反應(yīng)式為Fe2eFe2+,鐵釘A段部位為正極,電極反應(yīng)式為O2+4e+2H2O4OH,故B錯誤;根據(jù)分析,以上實驗現(xiàn)象證明發(fā)生的主要是吸氧腐蝕,故C正確;鐵銹通常疏松多孔,不能有效阻止腐蝕繼續(xù)發(fā)生,故D錯誤。4.選D根據(jù)題意,左邊裝置為原電池,右邊裝置為電解池,將廢水中PO43?以FePO4形式沉淀,根據(jù)電解原理,鐵單質(zhì)為活潑金屬,鐵作陽極,被氧化生成Fe2+,Fe2+被O2氧化生成Fe3+,Fe3+與PO43?反應(yīng)生成FePO4沉淀,據(jù)此分析。堿性鋅錳干電池中Zn為負(fù)極,根據(jù)電解原理,X極為陰極,則X極為石墨,二氧化錳極為正極,Y極為陽極,則Y極為鐵,故A說法正確;電子在導(dǎo)線上流動,由負(fù)極流向正極,因此電子流向:Zn→X,Y→MnO2,故B說法正確;陽極上鐵被氧化成Fe2+,Fe2eFe2+,后續(xù)反應(yīng)為4Fe2++O2+4H++4PO43?4FePO4↓+2H2O,因此陽極反應(yīng)為4Fe8e?+O2+4H++4PO43?4FePO4↓+2H2O,故C說法正確;負(fù)極反應(yīng)式為Zn2e+2OHZn(OH)2,建立4Zn~8e~4PO43?,n(Zn)=19.5g65g·mol?1=0.35.選DMg為負(fù)極被氧化生成Mg2+,b電極為正極,石墨可以導(dǎo)電,b電極添加石墨烯可以提高電池正極材料導(dǎo)電性,故A正確;放電時正極上發(fā)生還原反應(yīng),得電子,根據(jù)裝置圖可判斷正極反應(yīng)包括:Mg2++MgS2+2e2MgS,故B正確;根據(jù)圖可知,溶液中的陽離子Mg2+通過隔膜移向正極,所以使用的隔膜是陽離子交換膜,充電時Mg2+從b極移向a極,故C正確;充電時陽極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為8MgS14eMgS8+7Mg2+,則陽極質(zhì)量減少,故D錯誤。6.選B由圖可知,甲為原電池,a為負(fù)極,電極反應(yīng)式為SO22e+2H2OSO42?+4H+,b極為正極,電極反應(yīng)式為O2+4e+4H+2H2O,電池中總反應(yīng)為2SO2+O2+2H2O2H2SO4,乙為電解池,c極為陽極,電極反應(yīng)式為N2O42e+2HNO32N2O5+2H+,d極為陰極,電極反應(yīng)式為2H++2eH2↑,據(jù)此分析解答。根據(jù)上述分析可知,甲為原電池,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,A錯誤;電池中反應(yīng)為2SO2+O2+2H2O2H2SO4,轉(zhuǎn)移2mol電子,生成1molH2SO4,c極為陽極,電極反應(yīng)式為N2O42e+2HNO32N2O5+2H+,每轉(zhuǎn)移2mol電子,生成2molN2O5,B正確,D錯誤;乙為電解池,d極為陰極,發(fā)生還原反應(yīng),C錯誤。7.選C圖1中構(gòu)成原電池,鐵作負(fù)極,開始時pH=1.8,AB段溶液pH增大,體系壓強(qiáng)增大,鐵主要發(fā)生析氫腐蝕;BD段溶液的pH增加,體系壓強(qiáng)減小,發(fā)生吸氧腐蝕,正極反應(yīng)式為O2+4e+4H+2H2O;DE段溶液pH基本不變,但壓強(qiáng)減小,產(chǎn)生的Fe2+被O2氧化,pH基本不變可能的原因:相同時間內(nèi),2Fe+O2+4H+2Fe2++2H2O,消耗H+的量與4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+,產(chǎn)生H+的量基本相同。鐵的電化學(xué)腐蝕發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),不屬于化學(xué)腐蝕,A錯誤;AB段pH越大,氫離子濃度越小,析氫速率越小,B錯誤;根據(jù)分析,BC段正極反應(yīng)式主要為O2+4e+4H+2H2O,C正確;鐵銹疏松,不能阻止鐵粉繼續(xù)發(fā)生腐蝕,DE段pH基本不變,可能的原因:相同時間內(nèi),2Fe+O2+4H+2Fe2++2H2O消耗H+的量與4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+產(chǎn)生H+的量基本相同,D錯誤。8.解析:(1)關(guān)閉K1,打開K2,為電解飽和食鹽水裝置,其電解總反應(yīng)為2Cl+2H2O2OH+Cl2↑+H2↑,d端呈紅色,說明d端生成了OH,由此可知,b為電源負(fù)極,a端為電源正極;c為電解池的陽極,若c為惰性電極,其電極反應(yīng)式為2Cl2eCl2↑;c端產(chǎn)物為Cl2,常用濕潤的淀粉碘化鉀試紙檢驗,其檢驗方法為將濕潤的淀粉碘化鉀試紙置于電極附近,若試紙變藍(lán),則說明生成了Cl2;KMnO4溶液為電解質(zhì)溶液,電解過程中,MnO4?向c極(陽極)移動,其現(xiàn)象為紫紅色向c極移動。(2)根據(jù)C裝置中電解的關(guān)系圖可知,通電后就有固體生成,當(dāng)通過電子為0.2mol時,析出固體質(zhì)量達(dá)最大,證明此時析出的固體是銅。如果是X3+析出,通過電子的物質(zhì)的量應(yīng)該是0.3mol,則氧化能力為Cu2+>X3+,當(dāng)電子超過0.2mol時,固體質(zhì)量沒變,說明此時陰極產(chǎn)生的是氫氣,即電解水,說明氧化能力H+>X3+,故氧化能力為Cu2+>H+>X3+。(3)斷開K1,閉合K2,由(1)分析已知b為電源負(fù)極,即D裝置中碳棒作為陰極,Cu電極作為陽極,陰極上的電極反應(yīng)是H+得到電子,陽極上是Cu失去電子,故D裝置中反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu+H2SO4CuSO4+H2↑。答案:(1)正2Cl2eCl2↑將濕潤的淀粉碘化鉀試紙置于電極附近,試紙變藍(lán),證明有Cl2產(chǎn)生紫紅色向c極移動(2)Cu2+>H+>X3+(3)Cu+H2SO4CuSO4+H2↑9.解析:(1)實驗ⅰ中連好裝置,鐵片為負(fù)極,電極反應(yīng)為Fe2eFe2+,碳棒為正極,由于電解質(zhì)溶液呈中性,則碳棒上的電極反應(yīng)為O2+4e+2H2O4OH,一段時間后,向燒杯中滴加酚酞,證明鐵發(fā)生了吸氧腐蝕的現(xiàn)象為碳棒附近溶液變紅。(2)①根據(jù)資料“K3[Fe(CN)6]具有氧化性”,故實驗ⅱ中鐵電極能直接和K3[Fe(CN)6]溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Fe2+,產(chǎn)生的Fe2+再與K3[Fe(CN)6]反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀,干擾對電化學(xué)腐蝕生成的Fe2+的檢驗。②A.根據(jù)實驗ⅲ知,只有水時K3[Fe(CN)6]溶液和鐵片不反應(yīng);再對比實驗ⅳ和ⅴ,陽離子相同、陰離子不同,結(jié)合實驗現(xiàn)象知,在Cl存在條件下,K3[Fe(CN)6]溶液可以和鐵片發(fā)生反應(yīng)。B.小組同學(xué)將鐵片酸洗(用稀硫酸浸泡后洗凈)后再進(jìn)行實驗ⅲ,發(fā)現(xiàn)鐵片表面產(chǎn)生藍(lán)色沉淀,稀硫酸“酸洗”的目的是除去鐵表面的氧化膜,由此補(bǔ)充實驗、結(jié)合實驗ⅳ說明,Cl的作用是:破壞了鐵表面的氧化膜。(3)利用實驗ⅱ中試劑,連好裝置一段時間后,取鐵片(負(fù)極)附近溶液于試管中,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,若出現(xiàn)藍(lán)色沉淀,則說明負(fù)極附近溶液中產(chǎn)生了Fe2+,即發(fā)生了電化學(xué)