电解池的原理及应用、金属腐蚀与防护 突破训练（三）【解析版】.doc

电解池的原理及应用、金属腐蚀与防护 突破训练（三）‎ ‎1.四个电解装置都以Pt作电极,它们分别装着如下电解质溶液进行电解,电解一段时间后,测定其pH变化,所记录的结果正确的是 (　　)‎ 选项 A B C D 电解质溶液 HCl AgNO3‎ KOH BaCl2‎ pH变化 减小 增大 增大 不变 ‎【解析】 电解盐酸,溶质HCl的量减小,溶剂量不变,所以酸性减弱,pH增大,A错误;电解硝酸银溶液生成硝酸、金属银和氧气,溶液酸性增强,pH减小,B错误;电解氢氧化钾溶液的实质是电解水,溶质的量不变,溶剂减小,碱性增强,pH增大,C正确;电解氯化钡溶液得到氢氧化钡、氢气和氯气,溶液碱性增强,pH增大,D错误。‎ ‎2.观察图中的装置示意图,有关叙述正确的是 (　　)‎ A.装置甲中阳极上析出红色固体 B.装置乙中铜片应与电源负极相连 C.装置丙中外电路电流方向:b极→a极 D.装置丁中阴极反应:2Cl--2e-Cl2↑‎ 图K24-2‎ ‎【解析】A项,阳极上生成Cl2;B项,铜片应作阳极,与电源正极相连;D项,阴极反应为2H++2e-H2↑。‎ ‎3.某小组设计如图K24-2装置研究电化学原理,下列说法中错误的是 (　　)‎ A.若开始时开关K与a连接,其反应与铁的吸氧腐蚀类似 B.若开始时开关K与b连接,则标准状况下B极产生2.24 L气体,转移0.2 mol电子 C.若开始时开关K与b连接,则该装置是化学能转变为电能 D.若开始时开关K与b连接,其原理类似于钢铁防护中外加电流的阴极保护法 ‎【解析】 若开始时开关K与a连接,构成原电池,其中的饱和食盐水呈中性,所以是钢铁的吸氧腐蚀,A正确;若开始时开关K与b连接,是电解池,B极与电源负极相连,作阴极,电极反应式为2H++2e-H2↑,则标准状况下B极产生2.24 L气体。物质的量为0.1 mol,所以转移0.2 mol电子,B正确;若开始时开关K与b连接,是电解池,电能转化为化学能,C错误;金属的电化学防护措施有原电池原理的牺牲阳极的阴极保护法和电解原理的外加电流的阴极保护法,所以开关K与b连接,属于外加电流的阴极保护法,D正确。‎ ‎4．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中，下列有关分析完全正确的是(　　)‎ 选项 A B C D a电极 阳极 阴极 阳极 阴极 d电极 正极 正极 负极 负极 Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子 ‎【解析】选B　电子从电源的负极流出，故a是阴极，d是正极，溶液中阳离子Q移向阴极a。‎ ‎5．NaBH4燃料电池具有电压高、能量密度大等优点。以该燃料电池为电源电解精炼铜的装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．离子交换膜应为阳离子交换膜，Na＋由左极室向右极室迁移 B．该燃料电池的负极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O C．电解池中的电解质溶液可以选择 CuSO4溶液 D．每消耗2.24 L O2(标准状况)时，A电极的质量减轻12.8 g ‎【解析】选D　通入O2发生反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－，通入O2的一极为正极。Na＋通过交换膜进入右边得到浓NaOH溶液，故离子交换膜允许Na＋通过，是阳离子交换膜，选项A正确；根据图示，负极BH转化为 BO，反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，选项B正确；该电解池用于电解精炼铜，电解质溶液可以选择CuSO4溶液，选项C正确；A极连接原电池的正极，作阳极，每消耗2.24 L O2(标准状况)时，转移电子 0.4 mol，但阳极上(A极)为粗铜，不只有Cu参与放电，还有比Cu 活泼的金属放电，故减少质量不一定为 12.8 g，选项D不正确。‎ ‎6.现用Pt电极电解1 L浓度均为0.1 mol·L－1的HCl、CuSO4的混合溶液，装置如图，下列说法正确的是(　　)‎ A．电解开始时阴极有H2放出 B．电解开始时阳极上发生：Cu2＋＋2e－===Cu C．当电路中通过电子的量超过0.1‎ ‎ mol时，此时阴极放电的离子发生了变化 D．整个电解过程中，SO不参与电极反应 ‎【解析】选D　依据放电顺序阴极先放电的是Cu2＋，故阴极开始析出的是Cu，阳极先放电的是Cl－，故阳极开始产生的是Cl2，故A、B错误；由阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu，n(Cu2＋)＝0.1 mol，当电路中通过电子的量达到0.2 mol时，此时Cu2＋消耗完毕，阴极放电离子变为H＋，故C错误；阳极先是Cl－放电，当Cl－消耗完毕，此时H2O电离产生的OH－开始在阳极放电，SO不参与电极反应，故D正确。‎ ‎7.取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圆呈浅红色。下列说法错误的是(　　)‎ A．b电极是阴极 B．a电极与电源的正极相连接 C．电解过程中，水是氧化剂 D．b电极附近溶液的pH变小 ‎【解析】选D　a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圆呈浅红色，说明a极附近产生了Cl2，所以a极与电源的正极相连，即a为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，b为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以水作氧化剂，b极附近溶液的pH增大。‎ ‎8.如图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中。下列分析正确的是(　　)‎ A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑‎ B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐降低 C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法 D．K2闭合，电路中通过0.4NA个电子时，两极共产生4.48 L气体 ‎【解析】选C　K1闭合构成原电池，铁棒是负极，失去电子，铁棒上发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，A项错误；K1‎ 闭合，构成原电池，石墨棒是正极，正极发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，石墨棒周围溶液pH逐渐增大，B项错误；K2闭合，构成电解池，铁棒作阴极，铁棒不会被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法，C项正确；K2闭合，构成电解池，电解NaCl溶液，两极分别生成H2、Cl2，电路中通过0.4NA个电子时，两极共产生8.96 L(标准状况)气体，D项错误。‎ ‎9．某同学进行下列实验：‎ 操作 现象 取一块打磨过的生铁片，在其表面滴1滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水 放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”。其边缘处为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈 下列说法不合理的是(　　)‎ A．生铁片发生吸氧腐蚀 B．中心区：Fe－2e－===Fe2＋‎ C．边缘处：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ D．交界处：4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋‎ ‎【解析】选D　生铁片边缘处为红色，说明生成了OH－，O2＋2H2O＋4e－===4OH－，生铁片发生吸氧腐蚀，故A、C合理；根据实验现象，中心区域为蓝色，说明生成了亚铁离子，Fe－2e－===Fe2＋，故B合理；在两色环交界处出现铁锈，是因为生成的Fe(OH)2被氧气氧化生成了Fe(OH)3，故D不合理。‎ ‎10．如图所示装置可间接氧化工业废水中含氮离子(NH)。下列说法不正确的是(　　)‎ A．乙是电能转变为化学能的装置 B．含氮离子氧化时的离子方程式为 ‎3Cl2＋2NH===N2＋6Cl－＋8H＋‎ C．若生成H2和N2的物质的量之比为3∶1，则处理后废水的pH减小 D．电池工作时，甲池中的Na＋移向Mg电极 ‎【解析】选D　甲中活泼金属镁作原电池的负极，石墨为正极形成原电池，乙是连接原电池的电解池，电解酸性工业废水，电解池是将电能转变为化学能的装置，A正确；酸性条件下含氮离子氧化时转化为氮气，反应的离子方程式为3Cl2＋2NH===N2＋6Cl－＋8H＋，B正确；若生成H2和N2的物质的量之比为3∶1，根据电极反应6H＋＋6e－===3H2↑、3Cl2＋2NH===N2＋6Cl－＋8H＋，则处理后废水的H＋浓度增大，pH减小，C正确；电池工作时，甲池是原电池，原电池中阳离子Na＋移向正极石墨电极，D不正确。‎ ‎11.以惰性电极电解CuSO4和NaCl的混合溶液，两电极上产生的气体(标准状况下测定)体积如图所示，下列有关说法正确的是(　　)‎ A．原溶液中CuSO4和NaCl物质的量之比为1∶1‎ B．a表示阴极上产生的气体，t1前产生的为Cl2‎ C．若t1时溶液的体积为1 L，此时溶液的pH为13‎ D．若原溶液体积为1 L，则原溶液中SO的物质的量浓度为0.2 mol·L－1‎ ‎【解析】选A　以惰性电极电解CuSO4和NaCl的混合溶液，阳极依次发生2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；阴极依次发生Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑。根据题图可知，生成的氯气是112 mL，物质的量是0.005 mol，转移电子是0.01 mol，则氯化钠物质的量是0.01 mol；t2时铜离子恰好放电完毕，此时生成氧气是168 mL－112 mL＝56 mL，物质的量是0.002 5 mol，则转移电子是0.01 mol，所以根据电子得失守恒可知，析出铜是0.01 mol，因此硫酸铜物质的量是0.01 mol；根据以上分析，原溶液中CuSO4和NaCl物质的量之比为0.01 mol∶0.01 mol＝1∶1，故A正确；a表示阳极上产生的气体，t1前产生的为Cl2，故B错误；0～t1时刻，阳极生成氯气、阴极生成铜单质，溶液中的溶质为硫酸钠、硫酸铜，此时溶液呈酸性，故C错误；若原溶液体积为1‎ ‎ L，则原溶液中SO的浓度为0.01 mol÷1 L＝0.01 mol·L－1，故D错误。‎ ‎12．认真观察下列装置，下列说法错误的是(　　)‎ A．装置B中PbO2上发生的电极反应式为 PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O B．装置A中总反应的离子方程式为 Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑‎ C．若在装置D中生成0.2 mol Fe(OH)3，则消耗水的物质的量共为0.5 mol D．若装置E的目的是在Cu材料上镀银，则极板M的材料为Ag ‎【解析】选D　装置B和C之间通过盐桥连接，形成原电池，PbO2作正极，发生还原反应，电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，A正确；装置A为电解池，Cu电极为阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，Pt电极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故装置A中总反应为Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑，B正确；装置D中石墨为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，Fe电极为阳极，电极反应式为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2↓，随后被氧化生成Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，故装置D中生成0.2 mol Fe(OH)3时，消耗水的物质的量为0.4 mol＋0.1 mol＝0.5 mol，C正确；装置E中极板M为阴极，在Cu材料上镀银，应将Cu材料作阴极，Ag材料作阳极，AgNO3溶液作电解质溶液，故极板M的材料应为Cu，D错误。‎ ‎13．如图所示，A、B、C、D均为石墨电极，E、F分别为短周期相邻两种活泼金属元素的单质，且E能与NaOH溶液反应。按图示接通电路，反应一段时间。‎ ‎(1)甲池是________(填“原电池”或“电解池”)装置，电极A的名称是________。‎ ‎(2)C极为____________(填“阴极”或“阳极”)，电极反应式为_______________。‎ ‎(3)烧杯中溶液会变蓝的是________(填“a”或“b”)。‎ ‎(4)甲池中总反应的离子方程式为________________________________________________________________________。‎ ‎【解析】E、F分别为短周期相邻两种活泼金属元素的单质，且E能与NaOH溶液反应，则E为Al，F为Mg。(1)Al、Mg、NaOH溶液组成的原电池中，Al失去电子被氧化生成AlO，则E(Al)电极为负极，F(Mg)电极为正极；甲池和中间U形管均形成电解池，根据电极的连接方式可知，电极A为阳极。(2)U形管是电解池装置，D极连接Al电极(负极)，作阴极，故电极C为阳极，Cl－在阳极上发生氧化反应生成Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。(3)电极C上Cl－发生氧化反应生成Cl2，Cl2通过导管进入淀粉KI溶液，发生反应：2KI＋Cl2===2KCl＋I2，反应生成的I2使淀粉溶液变蓝，故a烧杯中溶液会变蓝。(4)甲池中A、B电极材料均为石墨，是惰性电极，电解CuSO4溶液时，阴极上Cu2＋放电生成Cu，阳极上OH－放电生成O2，故电池总反应为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。‎ 答案：(1)电解池　阳极 ‎(2)阳极　2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎(3)a ‎(4)2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋‎ ‎14．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g，试回答下列问题。‎ ‎(1)电源中X电极为直流电源的________极。‎ ‎(2)pH变化：A________，B________，C________。(填“增大”“减小”或“不变”)‎ ‎(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________mol·L－1(假设电解前后溶液体积无变化)。‎ ‎(4)若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为________(假设电解前后溶液体积无变化)。‎ ‎【解析】(1)由铜电极的质量增加可知发生Ag＋＋e－===Ag，则Cu电极为阴极，Ag为阳极，Y为正极，可知X为电源的负极。(2)A中电解KCl溶液得到KOH溶液，pH增大，B中电解CuSO4溶液生成硫酸，溶液中氢离子浓度增大，pH减小，C中阴极反应为Ag＋＋e－===Ag，阳极反应为Ag－e－===Ag＋，溶液浓度不变，则pH不变。(3)C中阴极反应为Ag＋＋e－===Ag，n(Ag)＝2.16 g÷108 g·mol－1＝0.02 mol，则转移的电子为0.02 mol，B中阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，则转移0.02 mol电子生成氧气为0.005 mol，其体积为0.005 mol×22.4 L·mol－1＝0.112 L＝112 mL，则在阴极也生成112 mL气体，由2H＋＋2e－===H2↑知，氢气的物质的量为0.005 mol，该反应转移的电子为0.01 mol，则Cu2＋＋2e－===Cu中转移0.01 mol电子，所以Cu2＋的物质的量为0.005 mol，通电前c(CuSO4)＝0.005 mol÷0.2 L＝0.025 mol·L－1。(4)A中发生反应2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑～2e－，由电子守恒可知，转移0.02 mol电子时生成0.02 mol KOH，忽略溶液体积的变化，则c(OH－)＝0.02 mol÷0.2 L＝0.1 mol·L－1，溶液pH＝13。‎ 答案：(1)负　(2)增大　减小　不变　(3)0.025　(4)13‎ ‎15‎ ‎.如图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)B极是电源的________，一段时间后，甲中溶液颜色________，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明________________________________________________________，‎ 在电场作用下向Y极移动。‎ ‎(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为________。‎ ‎(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应是____________________‎ ‎(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是________溶液。当乙中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为________，甲中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。‎ ‎(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生的总反应的离子方程式为________________________________________。‎ ‎【解析】(1)由装置图知，直流电源与各电解池串联；由“F极附近呈红色”知，F极为阴极，则E极为阳极、D极为阴极、C极为阳极、G极为阳极、H极为阴极、X极为阳极、Y极为阴极、A极为正极、B极为负极。甲装置是用惰性电极电解CuSO4溶液，由于Cu2＋放电，导致c(Cu2＋)降低，溶液颜色逐渐变浅；丁装置是胶体的电泳实验，由于X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，说明氢氧化铁胶粒带正电荷。‎ ‎(2)当甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，C、D、E、F电极的产物分别为O2、Cu、Cl2、H2，根据各电极转移电子数相同，则对应单质的物质的量之比为1∶2∶2∶2。‎ ‎(3)给铜件镀银，根据电镀原理，铜件作阴极，银作阳极，电镀液是可溶性银盐。当乙中溶液的pH是13时，则乙中n(OH－)＝0.1 mol·L－1×0.5 L＝0.05 mol，即各电极转移电子0.05 mol，所以丙中析出银0.05 mol；甲装置中由于电解产生H＋，导致溶液的酸性增强，pH变小。‎ ‎(4)若将C电极换为铁，则铁作阳极发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，D极发生：Cu2＋＋2e－===Cu，则总反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋。‎ 答案　(1)负极　逐渐变浅　氢氧化铁胶粒带正电荷 ‎(2)1∶2∶2∶2‎ ‎(3)镀件　AgNO3(合理即可)　5.4 g　变小 ‎(4)Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋‎ ‎16．钢铁工业是国家工业的基础，钢铁生锈现象却随处可见，为此每年国家损失大量资金。请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题：‎ 甲 ‎　　‎ ‎　　乙 ‎(1)钢铁的电化学腐蚀原理：在酸性环境中发生析氢腐蚀，在中性或碱性环境中发生吸氧腐蚀。‎ ‎①分别写出图甲中铁电极和石墨电极的电极反应式：______________，______________。‎ ‎②将该装置作简单修改即可成为钢铁电化学防护的装置，请在图甲虚线框内所示位置作出修改，并用箭头标出导线中电子流动方向。‎ ‎③写出修改后石墨电极的电极反应式：___________________。‎ ‎(2)工业上常用盐酸除去铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中，溶液中可能发生的化学反应的化学方程式有________________。‎ ‎(3)在实际生产中，可在铁制品的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意如图乙：‎ ‎①A电极对应的金属是__________(写出元素名称)，B电极的电极反应式是________________。‎ ‎②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为______ mol。‎ ‎③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因：________________________________。‎ ‎【解析】(1)①图甲为原电池，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，石墨作正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。②利用外加电流的阴极保 护法，在虚线框内添加外接电源，使铁作阴极，电子流动方向与电流方向相反。③修改后石墨为阳极，氯离子放电：2Cl－－2e－===Cl2↑。‎ ‎(2)铁锈成分为Fe2O3，可与盐酸反应：Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O，FeCl3与Fe反应：2FeCl3＋Fe===3FeCl2，铁与盐酸反应：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑。‎ ‎(3)①铁制品表面镀铜，则铁作阴极，铜作阳极，A电极是阳极，应为铜，B电极上Cu2＋得电子被还原为Cu。②二者质量差为5.12 g，说明阳极上有2.56 g铜被氧化，阴极上生成2.56 g铜，转移电子的物质的量为×2＝0.08 mol。③镀铜铁中铁比铜活泼，镀层破损后在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀，而镀锌铁中，锌比铁活泼，镀层破损后在潮湿环境中形成原电池，锌为负极，被腐蚀，铁被保护。‎ 答案　(1)①Fe－2e－===Fe2＋　O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ ‎②‎ ‎③2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎(2)Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O、Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑、2FeCl3＋Fe===3FeCl2‎ ‎(3)①铜　Cu2＋＋2e－===Cu　②0.08　③铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀