人教版新高考化学一轮复习训练-电解池　金属的腐蚀与防护

考点规范练17　电解池　金属的腐蚀与防护

一、选择题

1.下列装置的线路接通后,经过一段时间,溶液的pH明显减小的是(　　)。

2.(2019江苏卷)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)。

A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-Fe3+

B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能

C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀

D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀

3.(2020宁夏银川联考改编)化学用语是学习化学的重要工具,下列用来表示物质变化的化学用语正确的是(　　)。

A.用铜作阴极,石墨作阳极,电解饱和食盐水时,阳极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑

B.铅蓄电池放电时的正极反应式为S+Pb-2e-PbSO4

C.粗铜精炼时,与电源正极相连的应是粗铜,该极发生的电极反应只有Cu-2e-Cu2+

D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式为Fe-2e-Fe2+

4.(双选)三室式电渗析法处理含NH4NO3废水的原理如图所示,在直流电源的作用下,两膜中间的N和N可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。工作一段时间后,在两极区均得到副产品NH4NO3。下列叙述正确的是(　　)。

A.a极为电源负极,b极为电源正极

B.c膜是阴离子交换膜,d膜是阳离子交换膜

C.阴极电极反应式为12H++2N+10e-N2↑+6H2O

D.当电路中通过1 mol电子的电量时,阳极会有5.6 L (标准状况)O2生成

5.利用电解质溶液的浓度对电极电势的影响,可设计浓差电池。如图为一套浓差电池和电解质溶液再生的配套装置示意图,闭合开关K之前,两个Cu电极的质量相等。下列有关这套装置的说法中错误的是(　　)。

A.循环物质E为水

B.乙池中Cu电极为阴极,发生还原反应

C.甲池中的电极反应式为Cu2++2e-Cu

D.若外电路中通过1 mol电子,两电极的质量差为64 g

6.(双选)高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4,其工作原理如图所示,两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是(　　)。

A.阳极反应式:8OH-+Fe-6e-Fe+4H2O

B.甲溶液可循环利用

C.离子交换膜a是阴离子交换膜

D.当电路中通过2 mol电子时,Fe电极会有1 mol H2生成

7.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物质的量超过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,S不参与电极反应

8.将等物质的量浓度的Cu(NO3)2和KCl溶液等体积混合后,用石墨电极进行电解,电解过程中,溶液pH随时间t变化的曲线如图所示,则下列说法错误的是(　　)。

A.AB段阳极只产生Cl2,阴极只产生Cu

B.BC段表示在阴极上是H+放电产生了H2

C.CD段相当于电解水

D.阳极先析出Cl2,后析出O2,阴极先产生Cu,后析出H2

二、非选择题

9.电解原理在化学工业中有广泛应用,不仅可以制备物质,还可以提纯和净化。

(1)电解食盐水是氯碱工业的基础。目前比较先进的方法是阳离子交换膜法,电解原理如图所示,图中的阳离子交换膜只允许阳离子通过,请回答以下问题:

①图中A极要连接电源的　　　(填“正”或“负”)极。 

②精制饱和食盐水从图中　　　　位置补充,氢氧化钠溶液从图中　　　位置流出。(填“a”“b”“c”“d”“e”或“f”) 

③电解总反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)化学在环境保护中起着十分重要的作用,电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染,电化学降解N的原理如图所示。

①电源正极为　　　　(填“A”或“B”),阴极反应式为　。 

②若电解过程中转移了5 mol电子,则膜左侧电解液的质量变化为　　　　 g。 

10.(1)用间接电化学法除去NO的过程,如图所示:

已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间,写出阴极的电极反应式:　                                      。 

用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理: 　　　　　　　　　　　　　　。 

(2)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。

①用石墨作电极,在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图所示),写出阳极产生ClO2的电极反应式:　 　　　　　　　　　　　　　。 

②电解一段时间,当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时,停止电解,通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为　　　　 mol;用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因:　  　　　　　　　　　　　　　　。 

(3)①钢铁锈蚀的图示如图a所示:

图a

图b

用箭头表示出图a中电子的运动方向;请你分析铁轨锈蚀的原因是                                          　。 

②我国的科技人员为了消除SO2的污染,变废为宝,利用原电池原理,设计由SO2和O2来制备硫酸。设计装置如图b所示,电极A、B为多孔的材料。

A极为　　　　(填“正极”或“负极”)。 

B极的电极反应式是　　　　　　　　　　　　　　。 

11.如图所示的四个容器中分别盛有不同的溶液,除a、b外,其余电极均为石墨电极。甲为铅蓄电池,其工作原理为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,其两个电极的电极材料分别为PbO2和Pb。闭合K,发现g电极附近的溶液先变红,20 min后,将K断开,此时c、d两极上产生的气体体积相同。据此回答:

(1)a电极的电极材料是　　　　　(填“PbO2”或“Pb”)。 

(2)丙装置中发生电解的总反应方程式为　　　　　　　　　　　　　。 

(3)电解20 min时,停止电解,此时要使乙中溶液恢复到原来的状态,需要加入的物质及其物质的量是　　　　　　　　。 

(4)20 min后将乙装置与其他装置断开,然后在c、d两极间连接上灵敏电流计,发现电流计指针偏转,则此时c电极为　　　　　极,d电极上发生反应的电极反应为　。 

(5)电解后取a mL丁装置中的溶液,向其中逐滴加入等物质的量浓度的CH3COOH溶液,当加入b mL CH3COOH溶液时,混合溶液的pH恰好等于7(体积变化忽略不计)。已知CH3COOH的电离平衡常数为1.75×10-5,则=　　　。 

答案：

1.D　解析:A项,该装置是原电池装置,H+放电生成氢气,溶液的pH增大,A项错误。B项,阳极发生反应:2OH-+Cu-2e-Cu(OH)2,阴极发生反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-,总反应:Cu+2H2OCu(OH)2+H2↑,反应消耗了水使溶液的pH增大,B项错误。C项,电解NaCl溶液,总反应:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,生成氢氧化钠使溶液的pH增大,C项错误。D项,电解硫酸铜溶液的总反应:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,生成硫酸使溶液的pH减小,D项正确。

2.C　解析:D项,用水代替NaCl溶液,Fe和炭也可以构成原电池,Fe失去电子,空气中的O2得到电子,铁发生吸氧腐蚀,错误。

3.A　解析:铅蓄电池放电时的正极反应式为4H++S+PbO2+2e-PbSO4+2H2O,负极反应式为Pb-2e-+SPbSO4,B项错误。粗铜精炼时,与电源正极相连的应是粗铜,该极发生的电极反应除Cu-2e-Cu2+外,还有比铜活泼的杂质金属失电子的反应,C项错误。钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe-2e-Fe2+,D项错误。

4.AD　解析:根据题意两极均得到副产物NH4NO3,可知Ⅱ室废水中的N移向Ⅰ室、N移向Ⅲ室,根据电解过程中离子的移动原理,可知Ⅰ室石墨电极为阴极、Ⅲ室石墨电极为阳极。阴极所连的a极为电源负极,b极为电源正极,A项正确。N能通过c膜,故c膜应为阳离子交换膜,同理可知d膜为阴离子交换膜,B项错误。阴极上H+得电子生成氢气,C项错误。电路中通过1 mol电子时,阳极产生的氧气为5.6 L(标准状况),D项正确。

5.B　解析:由阴离子S的移动方向可知,右边Cu电极为负极,发生反应Cu-2e-Cu2+,Cu电极失去电子,发生氧化反应;左边的电极为正极,发生反应Cu2++2e-Cu,当电路中通过1 mol电子,左边电极增加32 g,右边电极减少32 g,两极的质量差变为64 g。电解质再生池是利用太阳能将CuSO4稀溶液蒸发,分离为CuSO4浓溶液和水后,再返回浓差电池。通过上述分析可知循环物质E为水,使稀硫酸铜溶液变为浓硫酸铜溶液,则A、C、D项正确,B项错误。

6.CD　解析:阳极发生氧化反应,电极反应式为Fe-6e-+8OH-Fe+4H2O,A项正确。阴极发生还原反应,水电离出的氢离子放电生成氢气,甲溶液为浓的氢氧化钠溶液,可循环利用,B项正确。电解池中阳离子向阴极移动,通过离子交换膜a的是Na+,故a为阳离子交换膜,C项错误。阴极(Cu电极)上发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,当电路中通过2 mol电子时,会有1 mol H2生成,D项错误。

7.D　解析: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,A、B项错误。电解开始前溶液中n(Cu2+)=0.1 mol,由阴极反应Cu2++2e-Cu,当电路中通过电子的物质的量达到0.2 mol时,Cu2+消耗完毕,阴极放电离子变为H+,C项错误。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,S不参与电极反应,D项正确。

8.B　解析:设Cu(NO3)2和KCl的物质的量各为a mol,在AB段,阳极发生反应2Cl--2e-Cl2↑,阴极发生反应Cu2++2e-Cu,阳极a mol氯离子失a mol电子,阴极上a mol铜离子得a mol电子,由于混合后的溶液呈酸性,铜离子浓度逐渐减小,溶液pH逐渐增大,A项正确。在BC段,阳极发生反应2H2O-4e-4H++O2↑,阴极发生反应Cu2++2e-Cu,阴极上a mol 铜离子再得a mol电子,溶液中氢离子浓度增大,溶液的pH迅速减小,B项错误。在CD段,阳极发生反应2H2O-4e-4H++O2↑,阴极发生反应2H++2e-H2↑,实质是电解水,溶液中氢离子浓度逐渐增大,pH减小,C项正确。由上述分析可知,阳极先析出Cl2,后析出O2,阴极先产生Cu,后析出H2,D项正确。

9.答案:(1)①正　②a　d　③2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-

(2)①A　12H++2N+10e-N2↑+6H2O　②45

解析:(1)①由电解食盐水装置图可知,钠离子移向右边,则左边A为阳极,所以A极要连接电源的正极。

②左边A为阳极,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,所以精制饱和食盐水从图中a位置补充;右边B为阴极,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,则生成的氢氧化钠溶液从图中d位置流出。

③电解总反应的离子方程式是2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-。

(2)①由图示知在Ag-Pt电极上N发生还原反应,因此Ag-Pt电极为阴极,则B为电源负极,A为电源正极;在阴极反应是N得电子发生还原反应生成N2,装置中采用质子交换膜,应只允许H+通过,则H+参与阴极反应且有H2O生成,阴极反应式为12H++2N+10e-N2↑+6H2O。

②阳极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,转移5 mol电子时,阳极消耗2.5 mol H2O,产生的5 mol H+进入阴极室,阳极室质量减小45 g。

10.答案:(1)2H++2HS+2e-S2+2H2O

2NO+2S2+2H2ON2+4HS　(2)①2H2O+Cl--5e-ClO2↑+4H+　②0.01　在阴极发生水电离出的H+放电,H+浓度减小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移动,OH-浓度增大,pH增大

(3)①

Fe-2e-Fe2+;由于电解质溶液中有H2CO3,电离出氢离子,2H++2e-H2↑,发生析氢腐蚀。电解质溶液中又溶有氧气,2H2O+O2+4e-4OH-,发生吸氧腐蚀　②正极　SO2+2H2O-2e-S+4H+

解析:(1)阴极发生还原反应,是亚硫酸氢根离子得电子生成S2,电极反应式为2HS+2H++2e-S2+2H2O;S2与一氧化氮发生氧化还原反应,生成氮气和亚硫酸氢根,离子方程式为2NO+2S2+2H2ON2+4HS。

(2)①由题意可知,氯离子放电生成ClO2,由原子守恒可知,有水参加反应,同时生成氢离子,电极反应式为2H2O+Cl--5e-ClO2↑+4H+。②在阴极发生2H2O+2e-H2↑+2OH-,氢气的物质的量为=0.005 mol,通过阳离子交换膜的阳离子为+1价离子,通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.005 mol×2=0.01 mol,电解时阴极H+浓度减小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移动,溶液的pH增大。

(3)①钢铁含有铁和碳,铁为负极,C为正极,电子由负极流向正极,故电子的移动方向可表示为;铁轨锈蚀的原因是铁为负极发生氧化反应Fe-2e-Fe2+。由于电解质溶液中有H2CO3,电离出氢离子,2H++2e-H2↑,发生析氢腐蚀。电解质溶液中又溶有氧气,2H2O+O2+4e-4OH-,发生吸氧腐蚀。②由题意可知原电池目的是用SO2与O2反应来制备硫酸,B极生成硫酸,则通入的气体应为SO2,硫元素由+4价升高到+6价,发生氧化反应2H2O+SO2-2e-S+4H+,B极为负极,A极为正极。

11.答案:(1)PbO2　(2)2H2O2H2↑+O2↑　(3)0.1 mol Cu(OH)2　(4)负　4H++O2+4e-2H2O　(5)

解析:甲池是原电池,作电源,发生的反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O;乙、丙、丁是电解池,闭合K,发现g电极附近的溶液变红,说明g电极是电解池的阴极,h是电解池的阳极,所以a为正极,b为负极;c电极为阴极,d电极为阳极;e电极为阴极,f电极为阳极。

(1)a电极是铅蓄电池的正极,正极的电极材料是PbO2。

(2)丙中电解硫酸铝溶液,实际上是电解水,电解方程式为2H2O2H2↑+O2↑。

(3)c、d两极上产生的气体体积相同,c电极上发生的电极反应为Cu2++2e-Cu,2H2O+2e-H2↑+2OH-,d电极上发生的电极反应为2H2O-4e-4H++O2↑,设生成的氧气为x mol,则氢气也为x mol,生成的Cu为0.1 L×1 mol·L-1=0.1 mol,由得失电子守恒可得:2x+0.1×2=4x,解得x=0.1,则电解时生成0.1 mol氢气、0.1 mol氧气和0.1 mol Cu,若要使溶液恢复到原来的状态,需要加入0.1 mol Cu(OH)2。

(4)20 min后将乙装置与其他装置断开,然后在c、d两极间连上灵敏电流计,发现电流计指针偏转,说明形成了原电池,氢气在c极失电子,c为负极,氧气在d极得电子,d极为正极,正极的电极反应式为4H++O2+4e-2H2O。

(5)电解后丁装置中生成氢氧化钠,乙中电解生成0.1 mol氧气,转移电子为0.4 mol,则丁中氯化钠全部被消耗,生成的氢氧化钠为0.2 mol,其浓度为2 mol·L-1,加醋酸后溶液的pH恰好等于7,则c(H+)=c(OH-),由电荷守恒可知c(Na+)=c(CH3COO-)= mol·L-1,c(CH3COOH)=-c(CH3COO-)= mol·L-1, Ka==1.75×10-5,代入数值解得。