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第三單元 電解池 金屬的腐蝕與防護(hù) 一、選擇題 1．關(guān)于電解NaCl水溶液，下列敘述正確的是( ) A．若在陰極附近的溶液中滴入酚酞試液，溶液呈無色 B．若在陽極附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色 C．電解時在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉 D．電解一段時間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中，充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行? 解析 電解食鹽水時發(fā)生的反應(yīng)： 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰極：2H＋＋2e－===H2↑ 總反應(yīng)：2NaCl＋2H2O電解(電解C)2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。對照選項分析，A錯誤；陽極附近的溶液中會溶有少量的Cl2，滴加KI溶液后發(fā)生反應(yīng)：Cl2＋2I－===I2＋2Cl－，溶液呈棕色，B正確；陰極上是H2O電離產(chǎn)生的H＋放電產(chǎn)生H2，不是Na＋放電生成鈉，C錯誤；電解后生成NaOH溶液呈堿性，D錯誤。 答案 B 2．如圖為某電化學(xué)裝置的一部分，已知兩極反應(yīng)式分別為a極：Cu2＋＋2e－===Cu，b極：Fe－2e－===Fe2＋。下列說法不正確的是( ) A．a(chǎn)極上發(fā)生還原反應(yīng) B．a(chǎn)、b可以是同種電極材料 C．該裝置一定是原電池裝置 D．該裝置的電解質(zhì)溶液中一定含有Cu2＋ 解析 該裝置可能是電解池，a為陰極(電極材料可以是鋁、鐵、銅、石墨等)，b為陽極(電極材料是鐵)；也可能是原電池，a為正極，b為負(fù)極，C錯誤，A、B、D正確。 答案 C 3．關(guān)于如圖所示①、②兩個裝置的敘述評價正確的是( )。 選擇 敘述 評價 A 裝置名稱：①是電解池，②是原電池 錯誤 B 硫酸濃度變化：①增大，②減小 正確 C 電極反應(yīng)式：①中陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ ②中正極：Zn－2e－===Zn2＋ 正確 D 離子移動方向：①中H＋向陰極方向移動 ②中H＋向正極方向移動 錯誤 解析 A項，敘述正確，評價錯誤；B項，前者電解H2O，后者消耗H2SO4，敘述正確，評價正確；C項，①中陽極反應(yīng)正確，②中正極為H＋放電，錯誤；D項，敘述正確，評價錯誤。 答案 B 4．鎳鋅電池具有綠色環(huán)保、大電流、性能好等優(yōu)點，是電動玩具和數(shù)碼產(chǎn)品的理想電源，如圖是其工作原理示意圖。下列說法正確的是 ( )。 A．a(chǎn)為電池負(fù)極，電池放電時發(fā)生還原反應(yīng) B．電池放電時，負(fù)極附近區(qū)域pH升高 C．電池充電時，陽極反應(yīng)為2Ni(OH)2－2e－＋2OH－===2NiOOH＋2H2O D．電池充電時，總反應(yīng)為Zn＋2NiOOH＋H2O===ZnO＋2Ni(OH)2 解析 電解質(zhì)溶液為強(qiáng)堿溶液，放電時電池負(fù)極反應(yīng)應(yīng)為：Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，鋅被氧化，負(fù)極附近溶液pH降低；正極反應(yīng)為2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－。電池充電時，陽極反應(yīng)為正極的逆反應(yīng)，陰極反應(yīng)為負(fù)極的逆反應(yīng)；D項反應(yīng)為電池的放電總反應(yīng)。 答案 C 5．下列有關(guān)鋼鐵腐蝕與防護(hù)的說法正確的是 ( )。 A．鋼管與電源正極連接，鋼管可被保護(hù) B．鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，可保護(hù)內(nèi)部不被腐蝕 C．鋼管與銅管露天堆放在一起，鋼管不易被腐蝕 D．鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負(fù)極反應(yīng)是Fe－3e－===Fe3＋ 解析 在外加電流保護(hù)時，被保護(hù)的金屬要與電源的負(fù)極相連，A項錯。鐵與銅接觸易構(gòu)成原電池，鐵作負(fù)極，鐵更易被腐蝕，C項錯。鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負(fù)極反應(yīng)是Fe－2e－===Fe2＋。 答案 B 6．用惰性電極電解某溶液時，發(fā)現(xiàn)兩極只有H2和O2生成。則電解一段時間后，下列有關(guān)該溶液(與電解前同溫度)的說法中，正確的有 ( )。 ①該溶液的pH可能增大?、谠撊芤旱膒H可能減小 ③該溶液的pH可能不變 ④該溶液的濃度可能增大?、菰撊芤旱臐舛瓤赡懿蛔儭、拊撊芤旱臐舛瓤赡軠p小 A．三種 B．四種 C．五種 D．六種 解析 若電解的是不飽和的強(qiáng)堿(如NaOH)溶液，則電解后溶液的pH增大，濃度增大；若電解的是不飽和的非還原性的含氧酸(如H2SO4)，則對應(yīng)溶液的pH將降低，濃度增大；若電解的是活潑金屬的含氧酸鹽(如Na2SO4)的飽和溶液，則溶液pH保持不變，濃度不變。 答案 C 7．圖中X為電源，Y為浸透飽和食鹽水和酚酞試液的濾紙，濾紙中央滴有一滴KMnO4溶液，通電后Y中央的紫紅色斑向d端擴(kuò)散。下列判斷正確的是 ( )。 A．濾紙上c點附近會變紅色 B．Cu電極質(zhì)量減小，Pt電極質(zhì)量增大 C．Z中溶液的pH先減小，后增大 D．溶液中的SO向Cu電極定向移動 解析 紫紅色斑即MnO向d端擴(kuò)散，根據(jù)陰離子向陽極移動的原理，可知d端為陽極，即b為正極，a為負(fù)極。c端為陰極，NaCl溶液中H＋放電，產(chǎn)生OH－，c點附近會變紅色，A正確。電解硫酸銅溶液時，Pt為陽極，溶液中的OH－放電：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，Cu為陰極，溶液中的Cu2＋得電子，生成銅，總反應(yīng)式為2CuSO4＋2H2O電解(電解S)2Cu＋O2↑＋2H2SO4，Pt電極附近生成H＋，則SO向Pt極移動，B、D不正確。隨著電解的進(jìn)行，Z中溶液變?yōu)榱蛩崛芤?，再電解則為電解水，硫酸濃度不斷增大，pH不斷減小，C不正確。 答案 A 二、非選擇題 8．下列四種裝置中，①盛200 mL 0.005 mol·L－1硫酸銅溶液 ②盛200 mL 0.01 mol·L－1硫酸?、凼?00 mL氯化鋅溶液?、苁?00 mL氯化鉀溶液。 (1)上述四種裝置中，為電解池的是________(用編號回答)，裝置①中兩電極的電極反應(yīng)式分別是____________________________________(注明電極名稱)； (2)用離子方程式回答：通電時裝置④中的總反應(yīng)是______________ ______________，溶液中可能發(fā)生的副反應(yīng)是______________ ______________； (3)工作一段時間后，測得導(dǎo)線上均通過0.002 mol電子，則上述四種裝置中溶液pH最小的是________(用編號回答，溶液體積變化忽略不計)； (4)若將裝置④中的外加電源拆去，用導(dǎo)線將兩個電極連接，則Fe極上發(fā)生的反應(yīng)是________________________，C極上發(fā)生的反應(yīng)是__________ _________________________________________________。 解析 (1)電解池的標(biāo)志是有外加電源，①③④中都有直流電源，①③④是電解池。 (2)裝置④中就是惰性電極電解氯化鉀溶液，生成氫氣、氯氣、KOH，其中Cl2與KOH會發(fā)生氧化還原反應(yīng)。 (3)工作一段時間后，①②③溶液呈現(xiàn)酸性，④中呈堿性，通過0.002 mol電子時，①中生成H＋為0.002 mol，H＋濃度為0.01 mol·L－1；②中消耗H＋為0.002 mol，剩余H＋為0.01 mol·L－1×2×200×10－3 L－0.002 mol＝0.002 mol，同時溶液中的硫酸鋅也會水解；③中為氯化鋅溶液，其酸性是由Zn2＋水解所得，酸性較弱，所以②中酸性最強(qiáng)，pH最小。 (4)若將裝置④中的外加電源拆去，用導(dǎo)線將兩個電極連接，因為氯化鉀溶液是中性溶液，所以裝置④就成了電化學(xué)腐蝕中的吸氧腐蝕。 答案 (1)①③④ 陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu 陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O (2)2Cl－＋2H2O電解(電解2)H2↑＋Cl2↑＋2OH－ Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O (3)② (4)2Fe－4e－===2Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 9．在如圖所示的裝置中，若通入直流電5 min時，銅電極質(zhì)量增加2.16 g，試回答： (1)電源電極X名稱為_____________________________________________________。 (2)pH變化：(填"增大"、"減小"或"不變")A________，B________，C_______。 (3)通電5 min時，B中共收集224 mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，溶液體積為200 mL。則通電前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。 (4)若A中KCl溶液的體積也是200 mL，電解后，溶液的pH為________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。 解析 (1)C裝置的銅電極質(zhì)量增加，說明銅極上有金屬析出，即溶液中的銀離子被還原生成銀單質(zhì)，故銅極為陰極，由此可確定X極為負(fù)極。 (2)A裝置是電解KCl溶液，陰極析出氫氣，陽極析出氯氣，溶液中氫氧根離子濃度增大。B裝置陰極上先析出銅，當(dāng)銅離子消耗完后析出氫氣，而陽極上析出氧氣，溶液中氫離子濃度增大。C裝置陰極析出銀單質(zhì)，陽極上的銀失去電子變成銀離子，理論上溶液的物質(zhì)的量濃度不變。 (3)B裝置兩極上電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目與C裝置中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目相同。C裝置中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為＝0.02 mol。經(jīng)判斷，B裝置兩極上的反應(yīng)為： 陰極：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑ 陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 根據(jù)題意可得： 2n(H2)＋2n(Cu)＝4n(O2)＝0.02 mol，n(H2)＋n(O2)＝，解得n(Cu)＝0.005 mol，CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為： 0．005 mol/0.2 L＝0.025 mol/L (4)A裝置的反應(yīng)為： 2KCl＋2H2O電解(電解l)2KOH＋H2↑＋Cl2↑ 即反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的物質(zhì)的量與生成的氫氧根離子的物質(zhì)的量相等，為0.02 mol。c(OH－)＝＝0.1 mol/L，故pH＝13。 答案 (1)負(fù)極 (2)增大 減小 不變 (3)0.025 mol/L (4)13 10．鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎(chǔ)，鋼鐵生銹現(xiàn)象卻隨處可見，為此每年國家損失大量資金。請回答鋼鐵腐蝕與防護(hù)過程中的有關(guān)問題。 (1)鋼鐵的電化學(xué)腐蝕原理如圖所示。 ①寫出石墨電極的電極反應(yīng)式：____________________________________ ________________________________________________________________。 ②將該裝置作簡單修改即可成為鋼鐵電化學(xué)防護(hù)的裝置，請在圖中虛線框內(nèi)所示位置作出修改，并用箭頭標(biāo)出導(dǎo)線中電子流動方向。 ③寫出修改后石墨電極的電極反應(yīng)式：_____________________________ _________________________________________________。 (2)生產(chǎn)中可用鹽酸來除鐵銹。現(xiàn)將一生銹的鐵片放入鹽酸中，當(dāng)鐵銹被除盡后，溶液中發(fā)生的化合反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________________ ______________________________________________。 (3)防止鋼鐵腐蝕可以延長鋼鐵制品的使用壽命。在鋼鐵制品表面鍍銅可以有效地防止其腐蝕，電鍍的裝置如圖所示： ①電鍍裝置圖的"直流電源"中，________(填"a"或"b")是正極。Fe電極反應(yīng)式為________________________________________________________ ______________________________________________________________。 ②接通電源前，裝置圖中的銅、鐵兩個電極質(zhì)量相等，電鍍完成后，將兩個電極取出，用蒸餾水小心沖洗干凈、烘干，然后稱量，二者質(zhì)量之差為5.12 g，由此計算電鍍過程中電路中通過電子的物質(zhì)的量為________。 ③上述鐵鍍件破損后，鐵更容易被腐蝕。請簡要說明鍍銅鐵鍍件破損后，鐵更容易被腐蝕的原因：________________________________，由此可推知鍍________(填一種金屬)鐵鍍件在破損時鐵不易被腐蝕。 解析 (1)在中性溶液中發(fā)生吸氧腐蝕，將虛線中改為直流電源，這屬于外加電流的陰極保護(hù)法，外加電源后石墨電極為陽極，氯離子失電子生成氯氣。 (2)鐵銹的主要成分為氧化鐵的水合物，與鹽酸反應(yīng)后生成了三價鐵離子，而后鐵與三價鐵離子會化合生成亞鐵離子。 (3)鐵上鍍銅，則銅為陽極，鐵為陰極，故a為正極；Fe極上電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－===Cu；陽極溶解的銅等于陰極上析出的銅，故陽極溶解的銅為2.56 g，即0.04 mol，故電鍍過程中電路中通過電子的物質(zhì)的量為0.08 mol；鍍件破損時，鍍層金屬與鍍件金屬在周圍環(huán)境中形成原電池，活潑性強(qiáng)的金屬更容易被腐蝕。 答案 (1)①O2＋4e－＋2H2O===4OH－ ②如圖所示 ③2Cl－－2e－===Cl2↑ (2)2FeCl3＋Fe===3FeCl2 (3)①a Cu2＋＋2e－===Cu?、?.08 mol?、坭F比銅活潑，鐵與銅構(gòu)成原電池的兩個電極，鐵作負(fù)極，更易被腐蝕 鋅 11．(14分)電浮選凝聚法是工業(yè)上采用的一種污水處理方法：保持污水的pH在5.0～6.0之間，通過電解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3沉淀有吸附性，可吸附污物而沉積下來，具有凈化水的作用。陰極產(chǎn)生的氣泡把污水中的懸浮物帶到水面形成浮渣層，刮去浮渣層，即起到了浮選凈化的作用。某科研小組用電浮選凝聚法處理污水，設(shè)計裝置如圖所示： (1)實驗時若污水中離子濃度較小，導(dǎo)電能力較差，產(chǎn)生氣泡速率緩慢，則無法使懸浮物形成浮渣。此時，應(yīng)向污水中加入適量的________(填序號)。 a．H2SO4 b．BaSO4 c．Na2SO4 d．NaOH e．CH3CH2OH (2)電解池陽極的電極反應(yīng)式分別是①____________________；②4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。 (3)電極反應(yīng)①和②的生成物反應(yīng)得到Fe(OH)3沉淀的離子方程式是_____________________________________________________。 (4)熔融鹽燃料電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，以CH4為燃料，空氣為氧化劑，稀土金屬材料為電極。 已知負(fù)極的電極反應(yīng)式：CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O。 ①正極的電極反應(yīng)式為_______________________________________。 ②為了使該燃料電池長時間穩(wěn)定運(yùn)行，電池的電解質(zhì)組成應(yīng)保持穩(wěn)定。為此電池工作時必須有部分A物質(zhì)參加循環(huán)，則A物質(zhì)的化學(xué)式是_____________ ________________________________________________________。 (5)實驗過程中，若在陰極產(chǎn)生了44.8 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體，則熔融鹽燃料電池消耗CH4________ L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。 解析 (1)通過電解生成Fe(OH)3沉淀，不能加酸，a項不符合；BaSO4難溶于水，b項不符合；Na2SO4對電解產(chǎn)物沒有影響，可以增強(qiáng)導(dǎo)電能力，故c項符合；保持污水的pH在5.0～6.0之間，NaOH顯然不符合；CH3CH2OH為非電解質(zhì)，導(dǎo)電能力差，e項不符合。(2)燃料電池中，通入CH4的一極為負(fù)極，通入空氣的一極為正極，故燒杯中鐵為陽極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋。(3)電極反應(yīng)①和②的生成物反應(yīng)得到Fe(OH)3沉淀的離子方程式是4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋。(4)①已知負(fù)極的電極反應(yīng)式為CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O，而總的反應(yīng)化學(xué)方程式為CH4＋2O2===CO2＋2H2O，用總反應(yīng)化學(xué)方程式減去負(fù)極的電極反應(yīng)式得正極的電極反應(yīng)式，為O2＋2CO2＋4e－===2CO。②根據(jù)電極反應(yīng)式知，A物質(zhì)的化學(xué)式應(yīng)是CO2。(5)陰極電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，產(chǎn)生44.8 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體，轉(zhuǎn)移4 mol電子；根據(jù)CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O知，熔融鹽燃料電池消耗CH4 11.2 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。 答案 (1)c (2)Fe－2e－===Fe2＋ (3)4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋ (4)①O2＋2CO2＋4e－===2CO(2O2＋4CO2＋8e－===4CO) ②CO2 (5)11.2 1 |
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