电解池的原理及应用、金属腐蚀与防护 突破训练（四）【解析版】.doc

电解池的原理及应用、金属腐蚀与防护 突破训练（四）‎ ‎1.城市地下潮湿的土壤中常埋有纵横交错的管道和输电线路，当有电流泄漏并与金属管道形成回路时，就会引起金属管道的腐蚀。原理如图所示，但若电压等条件适宜，钢铁管道也可能减缓腐蚀，此现象被称为“阳极保护”。下列有关说法不正确的是(　　)‎ A．该装置能够将电能转化为化学能 B．管道右端腐蚀比左端快，右端电极反应式为 Fe－2e－===Fe2＋‎ C．如果没有外加电源，潮湿的土壤中的钢铁管道比较容易发生吸氧腐蚀 D．钢铁“阳极保护”的实质是在阳极金属表面形成一层耐腐蚀的钝化膜 ‎【解析】选B　A项，该装置相当于电解池，能将电能转化为化学能，正确；B项，左端是阳极，腐蚀得更快，错误；C项，如果没有外加电源，潮湿的土壤(接近中性)中的钢铁管道发生原电池反应，所以发生的是吸氧腐蚀，正确；D项，根据题意，此种腐蚀较慢，所以“阳极保护”实际上是在金属表面形成了一层致密的保护膜，正确。‎ ‎2.钴酸锂电池是目前用量最大的锂离子电池，用它作电源按如图装置进行电解。通电后，a电极上一直有气泡产生；d电极附近先出现白色沉淀(CuCl)，后白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)。下列有关叙述正确的是(　　)‎ A．已知钴酸锂电池放电时总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C，则Li1－xCoO2作负极，失电子 B．当外电路中转移0.2 mol电子时，电极b处有2.24 L Cl2生成 C．电极d为阴极，电解开始时的电极反应式为 Cu＋Cl－－e－===CuCl D．随着电解的进行，U形管Ⅱ中发生了如下转化 CuCl＋OH－===CuOH＋Cl－‎ ‎【解析】选D　A项，LixC6中C为负价，根据电池总反应，LixC6作负极，则Li ‎1－xCoO2作正极，得电子，故A错误；B项，没有说明是否是标准状况，因此无法直接计算生成氯气的体积，故B错误；C项，d电极发生的变化Cu→CuCl是氧化反应，故d极为阳极，d极反应式为Cu＋Cl－－e－===CuCl，故C错误；D项，d电极先产生白色沉淀(CuCl)，白色沉淀逐渐转变成橙黄色沉淀(CuOH)，发生的反应是CuCl＋OH－===CuOH＋Cl－，故D正确。‎ ‎3．甲、乙两个电解池均以Pt为电极且互相串联。甲池盛有AgNO3溶液，乙池盛有一定量的某盐溶液，通电一段时间后，测得甲池阴极质量增加2.16 g，乙池电极析出0.24 g金属，则乙池中溶质可能是(　　)‎ A．CuSO4　　　　　　　　　 B．MgSO4‎ C．Al(NO3)3 D．Na2SO4‎ ‎【解析】选A　Pt为惰性电极，电解各种盐溶液时，阳离子在阴极放电，阳离子的放电顺序为Cu2＋>H＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋，乙池中的溶质若为MgSO4、Al(NO3)3或Na2SO4，电解过程中阴极不会析出金属，故乙池中的溶质只能为CuSO4。甲、乙两个电解池串联，通过各个电极的电子数相等。甲、乙两池的阴极分别发生的反应为2Ag＋＋2e－===2Ag、Cu2＋＋2e－===Cu，则存在关系式：2Ag～2e－～Cu，n(Cu)＝n(Ag)＝×＝0.01 mol，故乙池中析出金属Cu的质量为m(Cu)＝0.01 mol×64 g·mol－1＝0.64 g，但实际上仅析出0.24 g Cu，这说明CuSO4的量不足，还发生反应：2H＋＋2e－===H2↑。‎ ‎4.深埋在潮湿土壤中的铁管道,在硫酸盐还原菌作用下,能被硫酸根离子腐蚀,其电化学腐蚀原理如图所示,下列与此原理有关说法错误的是 (　　) ‎ A.正极反应为S+5H2O+8e-HS-+9OH-‎ B.输送暖气的管道不易发生此类腐蚀 C.这种情况下, Fe腐蚀的最终产物为Fe2O3·xH2O D.管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀 图K24-3‎ 图K24-4‎ ‎【解析】 原电池的正极发生还原反应,由图示可知发生的电极反应为S+5H2O+8e-HS-+9OH-,A正确;硫酸盐还原菌是蛋白质,在高温下易变性,失去催化活性,则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀,B正确;由图示可知,Fe腐蚀生成Fe2+,C错误;管道上刷富锌油漆,形成Zn-Fe原电池,Fe变为正极,可以延缓管道的腐蚀,D正确。‎ ‎5.用电解乙二醛制备乙二酸(HOOC—COOH)的装置如图K24-4所示,通电后,b电极上产生的氯气将乙二醛氧化为乙二酸,下列说法正确的是 (　　)‎ A.b接电源的负极,发生还原反应 B.a极上的电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+‎ C.盐酸的作用是提供Cl-和增强导电性 D.电路上每转移1 mol电子产生45 g乙二酸 ‎【解析】b接电源的正极,乙二醛发生氧化反应,A错误; a极上的电极反应为2H++2e-H2↑,B错误;盐酸的作用是提供Cl-和增强导电性,C正确; OHC—CHO+2H2OHOOC—COOH+2H2↑,产生90 g乙二酸转移4 mol电子,故电路上每转移1 mol电子产生22.5 g乙二酸,D错误。‎ ‎6. NaClO2是重要的消毒剂和漂白剂,可用如图K24-5所示装置制备。下列说法正确的是 (　　)‎ 图K24-5‎ A.电极b为负极 B.阳极区溶液的pH增大 C.电极D的反应式为ClO2+e-Cl D.电极E上生成标准状况下22.4 L气体时,理论上阴极区溶液质量增加135 g ‎【解析】D极区通入的ClO2发生还原反应生成Cl,则D极区为阴极区,a为电源的负极,则b为电源正极,A错误;阳极区为溶液中的Cl-失电子被氧化生成氯气,Na+向阴极区移动,阳极区溶液的pH不变,B错误;电极D上发生还原反应的电极反应式为ClO2+e-Cl,C正确;电极E上生成标准状况下22.4 L氯气时,转移2 mol电子,阴极发生还原反应的ClO2的物质的量为2 mol,阴极区溶液质量增加135 g,但由于阳极区的Na+会向阴极区移动,故理论上阴极区质量增加应大于135 g,D错误。‎ ‎7．深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根腐蚀，其电化学腐蚀原理如图所示，下列与此原理有关说法错误的是(　　)‎ A．正极反应为SO＋5H2O＋8e－===HS－＋9OH－‎ B．输送暖气的管道不易发生此类腐蚀 C．这种情况下，Fe腐蚀的最终产物为Fe2O3·xH2O D．管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀 ‎【解析】选C　原电池的正极发生还原反应，由题图可知，发生的电极反应为SO ＋5H2O＋8e－===HS－＋9OH－，故A正确；硫酸盐还原菌是蛋白质，在高温下易变性，失去催化作用，则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀，故B正确；由题图可知，Fe腐蚀的最终产物为FeO，故C错误；管道上刷富锌油漆，形成ZnFe原电池，Fe为正极被保护，可以延缓管道的腐蚀，故D正确。‎ ‎8．如图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。下列说法正确的是(　　)‎ A．甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化为电能的装置 B．甲池通入CH3OH的电极反应式为 CH3OH－6e－＋2H2O===CO＋8H＋‎ C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度 D．甲池中消耗280 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生1.45 g固体 ‎【解析】选D　甲池是燃料电池，是化学能转化为电能的装置，乙、丙池是电解池，是将电能转化为化学能的装置，A项错误；在燃料电池中，在负极甲醇发生失电子的氧化反应，在碱性电解质下的电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O，B项错误；电解池乙池中，电解后生成H2SO4、Cu和O2，要想复原，应加入CuO，C项错误；甲池中根据电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，消耗280 mL O2(标准状况下0.012 5 mol)，则转移电子0.05 mol，丙装置中，电池总反应式为MgCl2＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑，理论上最多产生Mg(OH)2 的质量为0.025 mol×58 g·mol－1＝1.45 g，D项正确。‎ ‎9.用石墨电极完成下列电解实验。‎ 实验一 实验二 装置 现象 a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生……‎ 下列对实验现象的解释或推测不合理的是(　　)‎ A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋‎ D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜 ‎【解析】选B　根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A选项正确；b处变红，局部褪色，说明b为电解池的阳极，2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：Cl2＋H2O===HCl＋HClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C选项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成铜离子，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子移到m处，m处铜离子得到电子生成单质铜，故D选项正确。‎ ‎10.现代工业生产中常用电解氯化亚铁的方法制得氯化铁溶液以吸收有毒的H2S气体。工艺原理如图所示。下列说法中不正确的是(　　)‎ A．H＋从电解池左槽迁移到右槽 B．左槽中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C．右槽的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ D．FeCl3溶液可以循环利用 ‎【解析】选B　由图可知，右槽产生H2，则右侧惰性电极为阴极，阳离子向阴极移动，则H＋从电解池左槽迁移到右槽，A正确；左槽惰性电极为阳极，由于还原性：Fe2＋>Cl－，则电极反应式为2Fe2＋－2e－===2Fe3＋，B错误；右槽惰性电极为阴极，电极产物为H2，则电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C正确；由图可知，左槽电解产生的FeCl3参与反应吸收H2S，同时被还原为FeCl2，再通入左槽重新电解生成FeCl3，故FeCl3溶液可以循环利用，D正确。B项符合题意。‎ ‎11.如图甲是一种利用微生物将废水中的尿素(H2NCONH2)的化学能直接转化为电能，并生成环境友好物质的装置，同时利用此装置的电能在铁上镀铜，下列说法中正确的是(　　)‎ A．乙装置中溶液颜色会变浅 B．铁电极应与Y相连接 C．M电极反应式：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋‎ D．当N电极消耗0.25 mol气体时，铜电极质量减少16 g ‎【解析】　乙装置为电镀装置，电镀液的浓度不变，因此溶液颜色不变，A项错误；电镀时，待镀金属作阴极，与电源负极相连，而N电极上O2转化为H2O发生还原反应，N电极为正极，B项错误；M电极为负极，发生氧化反应：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，C项正确；根据N电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O、铜电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋，由各电极上转移电子数相等，可得关系式：O2～2Cu，则N电极消耗0.25 mol O2时，铜电极质量减少0.25 mol×2×64 g·mol－1＝32 g，D项错误。‎ ‎12．利用如图所示装置电解硝酸银溶液和饱和硫酸钠溶液(甲中盛有AgNO3溶液，乙中盛有饱和Na2SO4溶液)。‎ ‎(1)通电一段时间，观察到湿润的淀粉－KI试纸的______(填“C”或“D”)端变蓝。‎ ‎(2)装置甲中阳极为_____，阴极的电极反应式为_____________。‎ ‎(3)装置乙中观察到的现象是__________________。‎ ‎(4)电解一段时间后，装置甲、乙中共收集到气体0.168 L(标准状况下)，而且该时间段内装置乙中析出硫酸钠晶体(Na2SO4·10H2O)w g，测得装置甲中溶液的体积为1 L，则装置甲中溶液的pH为________。电解前饱和Na2SO4溶液的质量分数的计算式为________________________(计算时忽略电解过程中的其他副反应)。‎ ‎【解析】(1)由于D连接电源负极，作阴极，则C极作阳极，发生氧化反应生成I2，故淀粉－KI试纸的C端变蓝。(2)装置甲中Pt电极作阳极，而Fe极发生还原反应，作阴极。(3)装置乙中Cu为阳极，发生氧化反应生成Cu2＋，Cu极附近溶液中有Cu2＋的颜色，石墨电极上水得电子，发生还原反应，生成氢气，溶液的pH增大，故生成氢氧化铜沉淀。(4)相同时间内，装置甲、乙通过的电子的物质的量相等，装置甲中生成1 mol O2时，装置乙中生成2 mol H2，故0.168 L气体中有1/3是氧气，即氧气为0.056 L，且装置甲中存在关系式：4H＋～O2，故装置甲中c(H＋)＝0.01 mol/L，即装置甲中溶液的pH＝2。对于装置乙，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式为 ‎2H＋＋2e－===H2↑，电解的总反应式为Cu＋2H2OCu(OH)2↓＋H2↑。当阴极析出0.005 mol H2时，耗水0.01 mol，析出的晶体中Na2SO4‎ 的质量除以晶体质量和电解时消耗水的质量之和即为饱和溶液的质量分数。‎ 答案　(1)C ‎(2)Pt　Ag＋＋e－===Ag ‎(3)石墨极有气泡产生，Cu极周围变蓝，溶液中出现蓝色沉淀 ‎(4)2　×100%‎ ‎13．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KI淀粉试纸变蓝 ‎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“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－‎ ‎14.电解原理在化学工业中有广泛的应用。如图所示为一电解池装置，U形管内装有电解液c，A、B是两块电极板，通过导线与直流电源相连。‎ ‎(1)若A、B都是惰性电极，电解质溶液c是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在U形管两边各滴入几滴酚酞试剂，试判断：‎ ‎①a电极是_______极(填“正”或“负”)，B电极是________极(填“阴”或“阳”)；‎ ‎②A电极上的电极反应式为________________________，B电极上的电极反应式为________________________________________________________________________；‎ ‎③检验A电极上产物的方法是____________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)若图示装置为用惰性电极电解CuSO4溶液的装置，其中阴极上析出Cu的质量为3.2 g，则阳极上产生的气体在标准状况下的体积为________；常温下，若将电解后的溶液稀释至1 L，则溶液的pH约为________。‎ ‎【解析】(1)根据电流的方向可知，a电极为电源的正极，b电极为电源的负极。A电极为阳极，发生氧化反应2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎，B电极为阴极，发生还原反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。氯气可用湿润的淀粉碘化钾试纸检验。(2)用惰性电极电解CuSO4溶液时，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，根据电子守恒可知，n(O2)＝n(Cu)＝×＝0.025 mol，即标准状况下V(O2)＝0.025 mol×22.4 L·mol－1＝0.56 L；根据反应2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4可知，电解后溶液中n(H＋)＝4n(O2)＝0.1 mol，所以c(H＋)＝0.1 mol·L－1，pH＝1。‎ 答案：(1)①正　阴　②2Cl－－2e－===Cl2↑　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　③把湿润的淀粉碘化钾试纸放在A电极附近，试纸变蓝，则证明A电极上的产物为氯气　(2)0.56 L　1‎ ‎15.能源是现代物质文明的原动力，与每个人息息相关。‎ ‎(1)镁基储氢合金是最有潜力的储氢材料之一，近年来已引起世界各国的广泛关注。Mg2Ni储氢材料具有储氢容量高、吸放氢平台好等优点。已知：‎ ‎①Mg(s)＋H2(g)===MgH2(s)　‎ ΔH1＝－74.5 kJ/mol ‎②Mg2Ni(s)＋2H2(g)===Mg2NiH4(s)‎ ΔH2＝－64.4 kJ/mol ‎③Mg2Ni(s)＋2MgH2(s)===2Mg(s)＋Mg2NiH4(s)　ΔH3‎ 则ΔH3＝__________kJ/mol。‎ ‎(2)图1是一种新型燃料电池，它以CO为燃料、一定比例的Li2CO3和Na2CO3熔融混合物为电解质溶液，图2是粗铜精炼的装置，现用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验。‎ ‎ ‎ 图1 图2‎ 回答下列问题：‎ ‎①写出A极发生的电极反应：________________________________；‎ ‎②要用燃料电池作电源进行粗铜的精炼实验，则B极应该与________________极(填“C”或“D”)相连。‎ ‎(3)如图3所示是电渗析法淡化海水的原理，其中，电极A接直流电源的正极，电极B接直流电源的负极。‎ 图3‎ ‎①隔膜A是__________(填“阴”或“阳”)离子交换膜；‎ ‎②某种海水样品，经分析含有大量的Na＋、Cl－，以及少量的K＋、SO。若用上述装置对该海水进行淡化，当淡化工作完成后，A、B、C三室中所得溶液(或液体)的pH分别为pHa、pHb、pHc，则其大小顺序为______________________________。‎ ‎【解析】(1)由盖斯定律②－2×①得到Mg2Ni(s)＋2MgH2(s)===2Mg(s)＋Mg2NiH4(s)　ΔH3＝－64.4 kJ/mol－2×(－74.5 kJ/mol)＝＋84.6 kJ/mol。‎ ‎(2)①CO具有还原性，在负极上发生氧化反应生成CO2，电极反应式为CO－2e－＋CO===2CO2；②因A极为负极，B极为正极，粗铜精炼时，粗铜作阳极，与电源的正极相连，故B极应与D极相连。‎ ‎(3)①电极A接直流电源的正极，作阳极，电解时溶液中的阴离子失电子，所以阴离子通过隔膜A进入A室放电，隔膜A是阴离子交换膜；②电极A作阳极，电极B作阴极，电解池的阴极水电离产生的H＋放电，溶液中产生大量OH－，阳极是氯离子放电，A室溶液显酸性，隔膜B是阳离子交换膜，B室溶液显中性，C室溶液显碱性，所以pH大小顺序为pHa＜pHb＜pHc。‎ 答案：(1)＋84.6　(2)①CO－2e－＋CO===2CO2　②D　(3)①阴　②pHa＜pHb＜pHc