电解池的原理及应用、金属腐蚀与防护 突破训练（二）【解析版】.doc

电解池的原理及应用、金属腐蚀与防护 突破训练（二）‎ ‎1.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是(　　)‎ A．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变 C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜 D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 ‎【解析】选D　氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，但是粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，使得溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。‎ ‎2．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋Ni>Cu>Pt发生氧化反应，电极反应依次为Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋，A项错误；电解过程中，阳极Zn、Fe、Ni溶解，Cu、Pt沉积到电解槽底部，阴极只析出Ni，结合两极转移的电子数相等，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量不相等，B项错误；Cu和Pt还原性比Ni弱，不能失去电子，以沉淀的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥，C项正确；电解后，溶液中存在的金属阳离子除了Fe2＋、Zn2＋外，还有Ni2＋，D项错误。‎ ‎3．用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)‎ A．待加工铝质工件为阳极 B．可选用不锈钢网作为阴极 C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al D．SO在电解过程中向阳极移动 ‎【解析】选C　用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，则铝制品为阳极，即待加工铝质工件为阳极，A正确；选用不锈钢网作为阴极不会影响电极反应及总反应，故可选用不锈钢网作为阴极，B正确；阴极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C不正确；电解过程中，阴离子向阳极移动，故SO在电解过程中向阳极移动，D正确。‎ ‎4．用铂电极(惰性)电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是(　　)‎ A．稀NaOH溶液 B．HCl溶液 C．酸性MgCl2溶液 D．酸性 AgNO3溶液 ‎【解析】选A　阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极和阳极上的主要产物分别是 H2 和 O2，故A正确；阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极：2H＋＋2e－===H2↑，阴极和阳极上的主要产物分别是 H2 和Cl2，故B、C错误；阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极：Ag＋＋e－===Ag，阴极和阳极上的主要产物分别是Ag和O2，故D错误。‎ ‎5.利用电化学原理还原CO2制取ZnC2O4的装置如图所示(电解液不参加反应),下列说法正确的是 (　　)‎ A.可用H2SO4溶液作电解液 B.阳离子交换膜的主要作用是增强导电性 C.工作电路中每流过0.02 mol电子,Zn电极质量减重0.65 g D.Pb电极的电极反应式是2CO2-2e-C2‎ ‎【解析】选C。如果用H2SO4溶液作电解液,溶液中氢离子会在正极得电子生成氢气,影响2CO2+2e-C2反应的发生,A错误;用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开,它具有选择透过性,它只允许H+透过,其他离子难以透过,B错误;Zn电极为负极,发生氧化反应,Zn-2e-Zn2+;当电路中每流过0.02 mol电子,消耗锌的 物质的量为0.01 mol,质量为0.65 g,C正确;Pb电极为正极,发生还原反应,‎ ‎2CO2+2e-C2,D错误。‎ ‎6.据报道，近日微软新推出一款诺基亚品牌的功能手机Nokia 230，该款手机使用新型锂钒氧化物电池，续航时间可达到27天。已知电池的总反应为V2O5＋xLiLixV2O5，下列说法正确的是(　　)‎ A．电池在放电时，Li＋向电源负极移动 B．充电时阳极的反应为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋‎ C．放电时负极失重7.0g，则转移2mol电子 D．该电池以Li、V2O5为电极，酸性溶液作介质 ‎【解析】电池在放电时，Li＋向正极移动，A项错误；电池充电时阳极发生氧化反应，电极反应式是LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋，B项正确；负极的反应为，每消耗1 mol Li(7.0 g)则转移1 mol电子，C项错误；Li是活泼金属，会与酸性溶液反应产生H2，因而电池介质不会是酸性溶液，D项错误。‎ ‎7.锂—空气电池能够提供相当于普通锂离子电池10倍的能量，因此它是最有前途的电池之一。下图是锂—空气电池放电和充电时的工业原理示意图。下列说法正确的是(　　)‎ 图Ⅰ ‎　‎ 图Ⅱ A．图Ⅰ所示电池中电极a为正极，b为负极 B．图Ⅰ电池中的固体电解质可用NaOH溶液代替 C．当给图Ⅱ中的锂－空气电池充电时，d极应接外接电源的负极 D．图Ⅱ中d极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ ‎【解析】根据题意，A选项，图Ⅰ中a电极为锂，为活泼金属，易失电子，故a极为负极，错误。B选项，锂是较活泼的金属，易与NaOH溶液中的水反应，故不可用其代替。错误。当给图Ⅱ中的锂空气电池充电时，d极作阳极，应接外接电源的正极，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，因此C项错误，D项正确。‎ ‎9．某同学设计如图所示装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是(　　)‎ A．石墨电极与直流电源负极相连 B．用湿润淀粉－KI试剂在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色 C．氢氧化钠在石墨电极附近产生， Na＋向石墨电极迁移 D．铜电极的反应式为：2H＋ ＋ 2e－===H2↑ ‎ ‎【解析】若该装置是探究氯碱工业原理，则Cu电极应该与电源的负极连接，石墨电极与直流电源正极相连，A项错误；Cu电极为阴极，在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑；在阳极C电极上发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；所以用湿润KI淀粉试剂在碳电极附近检验气体，试纸变蓝色，B项错误；由于Cu电极为阴极，在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑；破坏了附近的水的电离平衡，最终在Cu电极附近氢氧化钠产生， Na＋向铜电极迁移，C项错误；铜电极的反应式为：2H＋＋2e－=== H2↑，D项正确。‎ ‎10.厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理，同时得到乳酸的原理如图所示(图中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根离子，乳酸的摩尔质量为90 g·mol－1)，下表有关说法中正确的是(　　)‎ A．阳极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ B．H＋从阳极通过阳离子交换膜向阴极移动 C．A－通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室 D．400 mL10 g·L－1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升为145 g·L－1(溶液体积变化忽略不计)，阴极上产生的H2在标准状况下的体积约为4.48 L ‎【解析】阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。阴极区A－移向浓缩室，阳极区H＋浓度增大，移向浓缩室，得到浓乳酸溶液，增加的乳酸的物质的量为 ＝0.6 mol，所以产生H2的体积(标准状况)为×22.4 L·mol－1＝6.72 L。‎ ‎11．用惰性电极电解如下物质可制得对应金属的是(　　)‎ A．电解熔融AlCl3获取金属铝 B．电解MgCl2溶液获取金属镁 C．电解CuCl2溶液获取金属铜 D．电解饱和食盐水来获取金属钠 ‎【解析】选C　电解熔融的Al2O3才能够制备金属铝，A错误；电解熔融的MgCl2获取金属镁，B错误；电解CuCl2溶液，阴极得到铜，C正确；电解熔融的NaCl才能制备钠，而电解饱和食盐水得到NaOH溶液，D错误。‎ ‎12.某同学设计如图所示装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是(　　)‎ A．石墨电极与直流电源负极相连 B．用湿润 KI淀粉试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色 C．氢氧化钠在石墨电极附近产生，Na＋向石墨电极迁移 D．铜电极的反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎【解析】选D　设计本装置的目的是探究氯碱工业原理，也就是电解NaCl溶液，故Cu电极只能作阴极，连接电源的负极，A不正确；Cu电极周围得到的产物是H2，无法使湿润KI淀粉试纸变蓝色，B不正确；NaOH是Cu电极周围产物，Na＋向Cu电极迁移，C不正确；Cu电极发生的电极反应为 2H＋＋2e－===H2↑，D正确。‎ ‎13.用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中各项所列对应关系均正确的一组是(　　)‎ 选项 X极 实验前U形管中液体 通电后现象及结论 A 正极 Na2SO4溶液 U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色 B 正极 AgNO3溶液 b管中电极反应式是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O C 负极 CuCl2溶液 b管中有气体逸出 D 负极 NaOH溶液 溶液pH降低 ‎【解析】选C　电解Na2SO4溶液时，阳极上是OH－发生失电子的氧化反应，即a管中OH－放电，酸性增强，酸遇酚酞不变色，即a管中呈无色，A错误；电解AgNO3溶液时，阴极上是Ag＋发生得电子的还原反应，即b管中电极反应是析出金属Ag的反应，B错误；电解CuCl2溶液时，阳极上是Cl－发生失电子的氧化反应，即b管中Cl－放电，产生Cl2，C正确；电解NaOH溶液时，阴极上是H＋放电，阳极上是OH－放电，实际上电解的是水，导致NaOH溶液的浓度增大，碱性增强，pH升高，D错误。‎ ‎14.四室式电渗析法制备盐酸和NaOH的装置如图所示。a、b、c为阴、阳离子交换膜。已知：阴离子交换膜只允许阴离子透过，阳离子交换膜只允许阳离子透过。下列叙述正确的是(　　)‎ A．b、c分别依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜 B．通电后Ⅲ室中的Cl－透过c迁移至阳极区 C．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四室中的溶液的pH均升高 D．电池总反应为4NaCl＋6H2O4NaOH＋4HCl＋2H2↑＋O2↑‎ ‎【解析】由图中信息可知，左边电极与负极相连为阴极，右边电极为阳极，所以通电后，阴离子向右定向移动，阳离子向左定向移动，阳极上H2O放电生成O2和H＋，阴极上H2O放电生成H2和OH－；H＋透过c，Cl－透过b，二者在b、c之间的Ⅲ室形成盐酸，盐酸浓度变大，所以b、c分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜；Na＋透过a，NaOH的浓度变大，所以a也是阳离子交换膜，故A、B两项均错误；电解一段时间后，Ⅰ中的溶液的c(OH－)升高，pH升高，Ⅱ中为NaCl溶液，pH不变，Ⅲ中有HCl生成，故c(H＋)增大，pH减小，Ⅳ中H＋移向Ⅲ，H2O放电生成O2，使水的量减小，c(H＋)增大，pH减小，C不正确。‎ ‎15．用电解法制取KIO3的方法是以石墨和铁为电极电解KI溶液，电解反应方程式为KI＋3H2OKIO3＋3H2↑。下列说法中正确的是(　　)‎ A．电解时石墨作阴极 B．电解时阳极上产生H2‎ C．电解过程中阴极溶液pH升高 D．阴极电极反应式：I－－6e－＋3H2O===IO＋6H＋‎ ‎【解析】选C　电解时，铁作阴极，石墨作阳极，若铁作阳极，则铁放电，A错误；阳极发生氧化反应，I－失电子被氧化，电极反应为I－－6e－＋3H2O===IO＋6H＋，B、D两项错误；阴极水放电，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，溶液的pH升高，C项正确。‎ ‎16.KIO3可采用“电解法”制备，装置如图所示。‎ ‎①写出电解时阴极的电极反应式________________________________________________________________________。‎ ‎②‎ 电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________。‎ ‎(2)(2018·全国卷Ⅰ节选)制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为____________。电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。‎ ‎【解析】(1)①该装置为电解池，电解时阴极电解质为KOH，水中氢离子放电，故电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑；②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为K＋，在电解池中离子移动方向为阳离子移向阴极，故K＋由a到b。(2)根据题中的图示，左侧为电解池的阳极，右侧为电解池的阴极，离子交换膜均为阳离子交换膜，只允许阳离子通过，阳极的电解质溶液为硫酸，所以阳极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，则阳极的氢离子会透过阳离子交换膜进入a室，与a室中的SO2碱吸收液中含有的Na2SO3发生反应生成NaHSO3，所以a室中的NaHSO3浓度增加。‎ ‎[答案]　(1)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　②K＋　a到b　(2)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑　a ‎17．某课外活动小组用如图装置进行实验，试回答下列问题。‎ ‎(1)若开始时开关K与a连接，则B极的电极反应式为_______________________________________________________________。‎ ‎(2)若开始时开关K与b连接，则B极的电极反应式为____________，总反应的离子方程式为________________________________。‎ 有关上述实验，下列说法正确的是(填序号)___________________________________________________________。‎ ‎①溶液中Na＋向A极移动 ‎②从A极处逸出的气体能使湿润的淀粉KI试纸变蓝 ‎③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度 ‎④若标准状况下B极产生2.24 L气体，则溶液中转移0.2 mol电子 ‎(3)该小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。‎ ‎①该电解槽的阳极反应式为______________。此时通过阴离子交换膜的离子数________(填“大于”“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。‎ ‎②制得的氢氧化钾溶液从出口(填写“A”“B”“C”或“D”)________导出。‎ ‎③通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因_______________________________________________________________。‎ ‎④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的电极反应式为 ‎___________________________________________________________。‎ ‎【解析】(1)开关K与a相连，装置构成原电池，Fe失去电子为原电池负极。‎ ‎(2)开关K与b相连，装置构成电解NaCl溶液的电解池，B为电解池的阴极，溶液中的H＋在B极放电生成H2。电解过程中Na＋应该向阴极B移动；A极产生的气体为Cl2，Cl2能将I－氧化为I2，I2遇淀粉变蓝；根据电解反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，电解一段时间后若加入盐酸会增加H2O的质量，应通入HCl气体使其恢复到电解前电解质的浓度；若标准状况下B极产生2.24 L气体，即0.1 mol H2，则有0.2 mol电子发生转移，但在溶液中转移的不是电子，而是离子。‎ ‎(3)①溶液中的OH－在阳极失电子产生O2：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ ‎，所以在B口放出O2，从A口导出H2SO4。溶液中的H＋在阴极得到电子产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，则从C口放出H2，从D口导出KOH溶液。因SO所带电荷数大于K＋所带电荷数，SO通过阴离子交换膜，K＋通过阳离子交换膜，所以通过阳离子交换膜的离子数大于通过阴离子交换膜的离子数。O2、H2、KOH溶液构成燃料电池时，O2在电池正极放电：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。‎ 答案：(1)Fe－2e－===Fe2＋‎ ‎(2)2H＋＋2e－===H2↑　2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑　②‎ ‎(3)①4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　小于　②D　③H＋在阴极附近放电，引起水的电离平衡向右移动，使c(OH－)>c(H＋)‎ ‎④O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ ‎18．某课外活动小组准备用如图所示的装置进行实验。现有甲、乙、丙三位同学分别选择了如下电极材料和电解质溶液：‎ A电极 B电极 X溶液 甲 Cu Zn H2SO4‎ 乙 Pt Pt CuCl2‎ 丙 Fe Cu ‎？‎ ‎(1)甲同学在实验中将开关K5闭合，Zn电极上的电极反应式为_______________________________________________________________。‎ ‎(2)乙同学准备进行电解CuCl2溶液的实验，则电解时的总反应式为_______________________________________________________________。‎ 实验时应闭合的开关组合是________。(从下列五项中选择所有可能的开关组合，第三小题也在这五项中选择)‎ A．K1和K2　　B．K1和K3　　C．K1和K4‎ D．K2和K3　　E．K2和K4‎ ‎(3)丙同学准备在Fe上镀Cu，选择了某种盐来配制电镀液，则该盐的化学式为________，实验时，应闭合的开关组合是________(选项如上)。‎ ‎【解析】(1)甲同学在实验中将开关K5闭合，装置为原电池，较活泼的Zn为原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。‎ ‎(2)乙同学用惰性电极电解CuCl2溶液，电解时的总方程式为CuCl2Cu＋Cl2↑，实验时应闭合K1和K4或闭合K2和K3。‎ ‎(3)丙同学准备在Fe上镀Cu，则Fe为电镀池阴极，接电源负极，Cu为电镀池阳极，接电源正极，实验时应闭合K2和K3。应选择含Cu2＋的电解质溶液为电解液。‎ 答案：(1)Zn－2e－===Zn2＋　(2)CuCl2Cu＋Cl2↑　CD ‎(3)CuCl2或CuSO4　D