电解池的原理及应用、金属腐蚀与防护 突破训练（五）【解析版】.doc

电解池的原理及应用、金属腐蚀与防护 突破训练（五）‎ ‎1.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7.0 g，则转移2 mol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。‎ ‎2.工业上可采用惰性电极处理含Na2SO4的废水，得到其他工业产品。其原理如图所示，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中的离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述不正确的是(　　)‎ A．通电后中间隔室的SO向正极区迁移，电解后正极区pH减小 B．ab为阳离子交换膜，负极区得到NaOH溶液 C．负极区反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低 D．每有1 mol O2生成，会有4 mol Na＋进入负极区 ‎【解析】电解时阴离子向阳极移动，故SO向正极区迁移，电解时阳极上OH－发生氧化反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，c(OH－)减小，故电解后正极区pH减小，A项正确；负极区H＋放电，c(H＋)减小，Na＋向负极区移动，故ab为阳离子交换膜，负极区得到NaOH溶液，B项正确；负极区H＋放电，发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，c(H＋)减小，pH增大，C项错误；每有1 mol O2生成，转移4 mol电子，根据各电极上转移电子数相同，故有4 mol Na＋进入负极区，D项正确。‎ ‎3．电渗析法是指在外加电场作用下，利用阴离子交换膜和阳离子交换膜的选择透过性，使部分离子透过离子交换膜而迁移到另一部分水中，从而使一部分水淡化而另一部分水浓缩的过程。如图是利用电渗析法从海水中获得淡水的原理图，已知海水中含Na＋、Cl－、‎ Ca2＋、Mg2＋、SO等离子，电极为石墨电极。下列有关描述错误的是(　　)‎ A．阳离子交换膜是A，不是B B．通电后阳极区的电极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C．阴极可以使用铁丝网增强导电性 D．阴极区的现象是电极上产生无色气体，溶液中出现少量白色沉淀 ‎【解析】A项，溶液的Cl－移向阳极放电生成Cl2，为使Cl－通过，所以A为阴离子交换膜，错误；B项，Cl－在OH－前放电，正确；C项，阴极的电极不参加反应，但铁的导电能力强，正确；D项，阴极为H＋放电，留下OH－，与Ca2＋、Mg2＋生成白色沉淀，正确。‎ ‎4．在水中加入等物质的量的Ag＋、Ba2＋、Na＋、SO、NO、Cl－。该溶液放在用惰性材料作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物和还原产物的质量比为(　　)‎ A．35.5∶108 B．16∶137‎ C．8∶1 D．108∶35.5‎ ‎【解析】Ag＋与Cl－生成AgCl↓，Ba2＋与SO生成BaSO4↓，电解硝酸钠溶液实际上电解水。‎ ‎5．用含锌、银杂质的粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液做电解液进行电解，下列有关电解液中 Cu2＋物质的量浓度的叙述中，正确的是(　　)‎ A．c(Cu2＋)增大 B．c(Cu2＋)减小 C．c(Cu2＋)不变 D．无法确定 ‎【解析】用含锌、银杂质的粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液做电解液进行电解，则在阳极，Zn会失去电子变为Zn2＋进入溶液，溶液中的Cu2＋在阴极得到电子变为Cu析出，因此电解液中Cu2＋物质的量浓度减小，故选项是B。‎ ‎6．下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是(　　)‎ A．水中的钢闸门连接电源的负极 B．金属护栏表面涂漆 C．汽车底盘喷涂高分子膜 D．地下钢管连接镁块 ‎【解析】选A　水中的钢闸门连接电源的负极，钢闸门为阴极，从而得以保护，A项正确；金属护栏表面涂漆的原理是隔绝金属护栏与空气接触，从而减缓金属护栏的腐蚀，B项错误；汽车底盘喷涂高分子膜的原理也是隔绝与空气的接触，C项错误；地下钢管连接镁块，形成了原电池，属于牺牲阳极的阴极保护法，D项错误。‎ ‎7．电解100 mL含c(H＋)＝0.30 mol·L－1的下列溶液，当电路中通过0.04 mol电子时，理论上析出金属质量最大的是(　　)‎ A．0.10 mol·L－1 Ag＋　　　 B．0.20 mol·L－1 Zn2＋‎ C．0.20 mol·L－1 Cu2＋ D．0.20 mol·L－1 Pb2＋‎ ‎【解析】选C　在电解液中除金属离子外都含有H＋‎ ‎(酸电离)，电解时阴极是先析出金属还是先放出H2，这与金属的活动性顺序有关。题中Cu和Ag的活动性顺序在H的后面，它们的离子与H＋共存时，首先被还原的是Cu2＋和Ag＋；而Pb和Zn的活动性顺序在H的前面，它们的离子与H＋共存时，首先被还原的是H＋。所以电解含有Zn2＋、Pb2＋的溶液时，H＋先得电子生成H2，n(e－)＝n(H＋)＝0.30 mol·L－1×0.1 L＝0.03 mol，故Zn2＋、Pb2＋得到的电子为0.04 mol－0.03 mol＝0.01 mol，生成的金属Zn、Pb的物质的量均为0.005 mol，其质量分别为0.325 g、1.035 g；电解含有Ag＋的溶液，可得Ag的质量为0.1 mol·L－1×0.1 L×108 g·mol－1＝1.08 g；电解含有Cu2＋的溶液，可得铜的质量为0.2 mol·L－1×0.1 L×64 g·mol－1＝1.28 g，C项符合题意。‎ ‎8.研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．d为石墨，铁片腐蚀减慢 B．d为石墨，石墨上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C．d为锌块，铁片易被腐蚀 D．d为锌块，铁片上电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎【解析】选B　电极d为石墨，腐蚀时形成原电池，铁片作负极，则铁片腐蚀加快，A错误；d为石墨，形成原电池，铁片作负极，海水呈弱碱性，发生铁的吸氧腐蚀，则石墨上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确；d为锌块，形成原电池时，锌块作负极，铁片作正极而受到保护，C错误；d为锌块，形成原电池，铁片作正极，海水呈弱碱性，发生吸氧腐蚀，则铁片上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。‎ ‎9.如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈蓝色。下列说法中不正确的是(　　)‎ A．x是正极，y是负极 B．a极产生氢气，b极生成I2‎ C．a极和Pt电极都有气泡产生 D．U形管中溶液的碱性增强 ‎【解析】选A　淀粉遇碘变蓝→b极生成I2，即确定b极发生反应2I－－2e－===I2，则b极是阳极，x是负极，y是正极，a极H＋放电，发生反应2H＋＋2e－===H2‎ ‎↑，产生氢气，U形管中总反应式为2KI＋2H2O2KOH＋H2↑＋I2，溶液的碱性增强，故A错误，B、D正确；铂为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C正确。‎ ‎10.最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为 ‎①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋‎ ‎②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋‎ 该装置工作时，下列叙述错误的是(　　)‎ A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低 D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性 ‎【解析】选C　由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A项正确；将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B项正确；阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C项错误；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。‎ ‎11.一定条件下，利用如图所示装置可实现有机物的储氢，下列有关说法正确的是(　　)‎ A．气体X是氢气，电极E是阴极 B．H＋由左室进入右室，发生还原反应 C．该储氢过程就是C6H6与氢气反应的过程 D．电极D的电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12‎ ‎【解析】选D　由图可知，苯(C6H6)在D电极加氢还原生成环己烷(C6H12)，则电极D是阴极，电极E是阳极，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，故气体X是氧气，A错误；电解池中阳离子向阴极移动，则H＋由右室进入左室，发生还原反应，B错误；阴极上苯(C6H6)被还原生成环己烷(C6H12)，电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12，根据阴、阳极上发生的反应及得失电子守恒推知电池总反应式为2C6H6＋6H2O===2C6H12＋3O2↑，故该储氢过程就是C6H6与水反应的过程，C错误，D正确。‎ ‎12.在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2。其原理如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)‎ A．电源B极为负极 B．通电后，若有0.1 mol H2生成，则转移0.2 mol电子 C．通电后，H＋通过质子交换膜向右移动，最终右侧溶液pH减小 D．与电源A极相连的惰性电极上发生的反应为CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋‎ ‎【解析】选C　电解有机废水(含CH3COOH)，在阴极上氢离子得电子生成氢气，即2H＋＋2e－===H2↑，则连接阴极的B极为负极，选项A正确；通电后，若有0.1 mol H2生成，根据电极反应式2H＋＋2e－===H2↑可知转移0.2 mol电子，选项B正确；在阴极上氢离子得电子生成氢气，但是氢离子会经过质子交换膜向右移动进入阴极室，阴极室的pH几乎保持不变，选项C不正确；与电源A极相连的惰性电极是阳极，电极反应式为CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋‎ ‎，选项D正确。‎ ‎13.氢碘酸(HI)可用“四室电渗析法”制备，其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列叙述错误的是(　　)‎ A．通电后，阴极室溶液的pH增大 B．阳极电极反应式是2H2O－4e－===4H＋＋O2↑‎ C．得到1 mol产品HI，阳极室溶液质量减少8 g D．通电过程中，NaI的浓度逐渐减小 ‎【解析】选C　通电后，阴极电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则溶液的pH增大，故A正确；阳极上发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，故B正确；根据阳极电极反应式可知得到1 mol产品HI，则转移1 mol电子，阳极室溶液质量减少9 g，故C错误；通电过程中，原料室中的Na＋移向阴极室，I－移向产品室，所以NaI的浓度逐渐减小，故D正确。‎ ‎14.埋在地下的钢管道可以用如图所示方法进行保护。下列说法正确的是(　　)‎ A．该方法利用了电解池原理 B．该方法称为“外加电流的阴极保护法”‎ C．在此装置中钢管道作正极 D．镁块上发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ ‎【解析】选C　由图可知，钢管道防腐采取的措施是将钢管道与镁块相连，则该方法称为牺牲阳极的阴极保护法，是利用原电池原理，A、B均错误；Mg的活泼性强于Fe，该装置中钢管作正极，潮湿的土壤呈碱性，则电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；镁块作负极，失电子被氧化生成Mg2＋，电极反应式为Mg＋2OH－－2e－===Mg(OH)2，D错误。‎ ‎15.用惰性电极电解200 mL 1.0 mol·L-1的硫酸铜溶液,当两极上产生气体物质的量相同时,停止电解,此时要使溶液恢复到电解前的状态,需要加入的物质及物质的量是(　　)‎ A.0.2 mol Cu(OH)2‎ B.0.2 mol CuO C.0.2 mol CuSO4+0.2 mol H2O D.0.1 mol Cu2(OH)2CO3‎ ‎【解析】 硫酸铜的物质的量为0.2 mol,阴极上发生反应Cu2++2e-Cu,2H++2e-H2↑,0.2 mol铜离子得电子转移0.4 mol电子;阳极上发生反应4OH--4e-2H2O+O2↑。设阴、阳两极产生的气体的物质的量均为n mol,则根据得失电子守恒可知0.4+2n=4n,解得n=0.2,即产生的气体的物质的量均是0.2 mol,通过计算知需加0.2 mol氢氧化铜。‎ ‎16.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(N)=0.6 mol·L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到2.24 L气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是 (　　)‎ A.原混合溶液中c(K+)为0.2 mol·L-1‎ B.上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C.电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol D.电解后溶液中c(H+)为0.2 mol·L-1‎ ‎【解析】 石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极先后发生两个反应:Cu2++2e-Cu,2H++2e-H2↑。从收集到2.24 L O2可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子,而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子,所以Cu2+共得到0.4 mol-0.2 mol=0.2 mol 电子,电解前Cu2+的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系:c(K+)+2c(Cu2+)=c(N),c(K+)+c(H+)=c(N)。由此可知电解前c(K+)=0.2 mol·L-1,电解后c(H+)=0.4 mol·L-1。‎ ‎17.电化学在环境保护方面有广泛应用。‎ ‎(1)用如图K24-6(a) 所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为一种无污染的气体和HC。‎ 图K24-6‎ ‎①铂极名称是　　　　。 ‎ ‎②图(a)阳极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎③除去CN-的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)用如图K24-6(b)装置除去废水中的Cr2,还原产物Cr3+水解,最终转化成Cr(OH)3。‎ ‎①在通电过程中,石墨(C)电极附近电解质溶液的pH将　　　　(填“增大”“减少”或“不变”)。 ‎ ‎②处理Cr2时发生反应的离子方程式为　　　　　　　。 ‎ ‎③若电路上有6 mol电子转移,理论上能处理　　molCr2。 ‎ ‎【答案】①阴极 ‎②Cl-+2OH--2e-ClO-+H2O ‎③2CN-+5ClO-+H2ON2↑+2HC+5Cl-‎ ‎(2)①增大 ‎②Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O ‎③0.5‎ ‎【解析】(1) ②根据信息知阳极为Cl-放电,生成ClO-,结合溶液的pH知溶液显碱性,写出电极反应式;③转化成的无污染气体是氮气,结合得失电子守恒配平方程式。(2)①石墨(C)作阴极,放电的是H+,故溶液pH增大;②铁作阳极,生成Fe2+,与Cr2反应生成Fe3+、Cr3+,依得失电子守恒结合酸性废水环境,写出方程式;③电路上转移6 mol电子时,生成3 mol Fe2+,根据方程式知可处理0.5 mol Cr2。‎ ‎18.已知铅蓄电池的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，现用如图装置进行电解(电解质溶液足量)，测得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减少11.2 g。请回答下列问题。‎ ‎(1)A是铅蓄电池的________极，Cu电极是________极。‎ ‎(2)Ag电极的电极反应式是__________________________________，该电极的电极产物共________g。‎ ‎(3)Cu电极的电极反应式是________________________，CuSO4溶液的浓度________(填“减小”“增大”或“不变”)。‎ ‎(4)如图表示电解进行过程中某个量(纵坐标x)随时间的变化曲线，则x表示________。‎ a．各U形管中产生的气体的体积 b．各U形管中阳极质量的减少量 c．各U形管中阴极质量的增加量 ‎【解析】(1)当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减小11.2 g，说明铁作阳极，银作阴极，阴极连接原电池负极，所以A是负极，B是正极，Cu是阳极，Zn是阴极。(2)银作阴极，电解稀硫酸时，阴极上H＋放电生成H2，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，生成氢气的质量＝ mol×2 g·mol－1＝0.4‎ ‎ g。(3)Cu电极的电极反应式是Cu－2e－===Cu2＋，Zn电极上的反应式是Cu2＋＋2e－===Cu，Cu电极溶解的铜和Zn电极析出的铜相等，CuSO4溶液的浓度不变。(4)a.右边U形管不析出气体，左边U形管析出气体，故错误；b.当转移相等电子时，溶解金属的物质的量相等，铜的摩尔质量大于铁，所以右边U形管阳极减少的质量大于左边U形管阳极减少的质量，故正确；c.当转移相等电子时，析出物质的物质的量相等，但左边U形管析出氢气，阴极质量不变，故错误。‎ 答案：(1)负　阳　(2)2H＋＋2e－===H2↑　0.4‎ ‎(3)Cu－2e－===Cu2＋　不变　(4)b 阳离子 H＋、Na＋、Ag＋‎ 阴离子 Cl－、SO、NO ‎19.从表的阴、阳离子中选出适当的离子组成三种电解质(每种离子只能选用一次)，用惰性电极对每种电解质溶液进行电解。回答下列问题：‎ ‎(1)若阴极放出氢气，阳极放出氧气，且电解后溶液的pH变小，则所选用的电解质的化学式是________________，阴极的电极反应式为________________。‎ ‎(2)若阴极析出金属，阳极放出氧气，则所选用的电解质的化学式是________________，阳极的电极反应式为___________________________________‎ ‎_______________________________________________________________________。‎ ‎(3)用如图所示装置电解第三种电解质M的饱和溶液，写出该电解池中发生反应的总化学方程式：_______________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎【解析】(1)由于AgCl难溶于水、Ag2SO4微溶于水，Ag＋只能与NO形成电解质溶液。阳离子放电顺序为Ag＋>H＋>Na＋，阴离子放电顺序为Cl－>OH－>含氧酸根。若阴极放出H2，阳极放出O2，本质上电解水，电解质溶液不可能为AgNO3溶液或含有Cl－的溶液，由于每种离子只能选用一次，电解质溶液可能为H2SO4、Na2SO4；而电解后溶液的pH变小的电解质的化学式为H2SO4；阴极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。(2)若阴极析出金属，阳极放出O2，所选电解质为不活泼金属的含氧酸盐，则所选电解质的化学式为AgNO3。阳极为H2O放电，阳极电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。(3)由于每种离子只能选用一次，则第三种电解质溶液为NaCl溶液，在电解池中Fe为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；石墨为阳极，阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，电解反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，阳极生成的Cl2与阴极 生成的NaOH发生反应Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，将两反应相加得电解池中发生反应的总化学方程式为NaCl＋H2ONaClO＋H2↑。‎ 答案：(1)H2SO4　2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎(2)AgNO3　2H2O－4e－===O2↑＋4H＋‎ ‎(3)NaCl＋H2ONaClO＋H2↑‎