2023版导与练一轮复习化学习题：第六章-化学反应与能量-第20讲-电解池-金属的腐蚀与防护-Word版含解析.doc

第20讲　电解池 金属的腐蚀与防护
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挑战
金属的腐蚀与防护
1

电解原理的应用
2,3,5,6
8,9,10,11
12,13
电解规律
4
7

1.(2018·江淮十校联考)铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中,形成一层弱酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀,示意图如图。下列说法错误的是(　B　)

A.若水膜中溶解了SO2,则铁铆钉腐蚀的速率将加快
B.铁、铜与弱酸性水膜形成了原电池,铁铆钉发生还原反应
C.铜极上的反应有2H++2e-H2↑,O2+4H++4e-2H2O
D.若在金属表面涂一层油漆,可有效阻止铁铆钉被腐蚀
解析:若水膜中溶解了SO2,水膜中c(H+)增大,则铁铆钉腐蚀的速率将加快,故A正确;铁、铜与弱酸性水膜形成了原电池,铁铆钉作负极,发生氧化反应,故B错误;铜极上的反应有:水膜酸性较强时2H++2e-H2↑,水膜酸性较弱或中性或碱性时O2+4H++4e-2H2O,故C正确;若在金属表面涂一层油漆,隔离空气,可有效阻止铁铆钉被腐蚀,故D正确。
2.(2019·宁夏育才中学高三月考)已知氧化性:Fe2+<Ni2+<Cu2+。以NiSO4溶液为电解质溶液进行粗镍(含Fe、Zn、Cu、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是(　C　)
A.电解过程中,化学能转化为电能
B.粗镍作阳极,发生还原反应
C.利用阳极泥可回收Cu、Pt、Au等金属
D.电路中通过的电量与阴极析出镍的质量成反比
解析:电解过程中,电能转化为化学能,A不正确;粗镍作阳极,发生氧化反应,B不正确;镍的还原性比Cu、Pt、Au等金属强,电解时,粗镍中的Cu、Pt、Au等金属不会溶解,它们会沉积到阳极底部形成阳极泥,所以利用阳极泥可回收Cu、Pt、Au等金属,C正确;电路中通过的电量与阴极析出镍的质量成正比,D不正确。
3.(2018·吉林长春一模)铝表面在空气中天然形成的氧化膜耐磨性和抗蚀性不够强。控制一定的条件,用如图所示的电化学氧化法,可在铝表面生成坚硬致密、耐腐蚀的氧化膜。下列有关叙述正确的是(　D　)

A.阴极上有金属铝生成
B.电极A为石墨,电极B为金属铝
C.OH-在电极A上放电,有氧气生成
D.阳极的电极反应式为2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+
解析:根据装置和题目信息可知,电解总反应为2Al+3H2OAl2O3+ 3H2↑,则阴极氢离子放电,电极反应为2H++2e-H2↑,A错误;电极A与电源的正极相连,是阳极,发生失去电子的氧化反应,应为Al,B错误;电解质为硫酸溶液,氢氧根离子不可能参加反应,阳极反应为2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+,C错误,D正确。
4.(2018·湖北黄冈中学月考)用惰性电极实现电解,下列说法正确的是(　D　)
A.电解稀硫酸,实质上是电解水,故溶液pH不变
B.电解稀NaOH溶液,要消耗OH-,故溶液pH减小
C.电解Na2SO4溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D.电解CuCl2溶液,在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为 1∶1
解析:电解硫酸溶液实质是电解水,溶液浓度增大,溶液pH减小,故A错误;电解稀氢氧化钠溶液实质是电解水,氢氧化钠溶液浓度增大,氢氧根离子浓度增大,溶液pH增大,故B错误;电解硫酸钠溶液,实质是电解水,阳极生成氧气,电极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极生成氢气,电极反应为2H++2e-H2↑,由电子守恒计算得到,在阴极上和阳极上析出的产物的物质的量之比为2∶1,故C错误;电解氯化铜溶液,阳极上生成氯气,电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,阴极上生成铜,电极反应为Cu2++2e-Cu,依据电子守恒计算在阴极上和阳极上析出的产物的物质的量之比为1∶1,故D正确。
5.(2018·陕西汉中高三月考)根据如图回答,下列说法不正确的是(　D　)

A.此装置用于电镀铜时,电解一段时间,理论上硫酸铜溶液的浓度 不变
B.若a为粗铜,b为纯铜,该装置可用于粗铜的电解精炼
C.燃料电池中负极反应为H2+2OH--2e-2H2O
D.上述装置在工作过程中Cu2+向a电极移动
解析:电镀铜时阳极为铜,硫酸铜溶液作电解质溶液,阳极电极反应式为Cu-2e-Cu2+,阴极反应式为Cu2++2e-Cu,硫酸铜溶液的浓度不变,故A正确;a与电源正极相连为阳极,b与电源负极相连为阴极,故B正确;通入氢气的电极是负极,电解质为碱性,负极反应为H2+2OH--2e-2H2O,故C正确;电解池中阳离子移向阴极,b是阴极,Cu2+向b电极移动,故D不正确。
6.(2018·湖南衡阳八中高三月考)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:
(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应该是　　　　(填“镀层金属”或“镀件”),电镀液是　　　　(填化学式)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,则甲中发生总反应的离子方程式是　。 
答案:(1)负极　逐渐变浅　氢氧化铁胶体粒子带正电荷
(2)1∶2∶2∶2　
(3)镀件　AgNO3　5.4 g　变小
(4)Fe+Cu2+Fe2++Cu

7.(2018·湖南师大附中高三月考)用石墨作电极电解KCl和CuSO4(等体积混合)混合溶液,电解过程中溶液的pH随时间t的变化如图所示,下列说法正确的是(　B　)

A.ab段H+被还原,溶液的pH增大
B.cd段相当于电解水
C.c点时加入适量CuCl2固体,电解液可恢复原来浓度
D.原混合溶液中KCl和CuSO4的物质的量浓度之比为 2∶1
解析:用惰性电极电解等体积的KCl和CuSO4混合溶液,阴极上离子放电顺序是Cu2+>H+,阳极上离子放电顺序是Cl->OH-,由图像知,电解过程中分三段,第一阶段:阳极上电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑、阴极电极反应式为Cu2++2e-Cu,铜离子浓度减小,水解得到氢离子浓度减小,溶液pH上升;第二阶段:阳极上电极反应式为4OH--4e-2H2O+ O2↑,阴极反应先发生Cu2++2e-Cu,反应中生成硫酸,溶液pH降低;第三阶段:阳极电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极电极反应式为2H++2e-H2↑,实质是电解水,溶液中硫酸浓度增大,pH继续降低。ab段由于铜离子浓度减小,水解得到氢离子浓度减小,溶液pH上升,铜离子被还原,A错误;由上述分析可知,cd段相当于电解水,B正确;电解至c点时,析出的物质有Cu、Cl2、O2,溶液中溶质为硫酸、硫酸钾,往电解液中加入适量CuCl2固体,不能使电解液恢复至原来的浓度,C错误;图像中具体数量关系未知,不能计算原混合溶液中KCl和CuSO4的物质的量浓度之比,D错误。
8.(2018·广东揭阳高三月考)利用如图所示装置可制取H2,两个电极均为惰性电极,c为阴离子交换膜。下列叙述正确的是(　D　)

A.a为电源的正极
B.工作时,OH-向左室迁移
C.右室电极反应为C2H5OH+H2O-4e-CH3COO-+5H+
D.生成H2和CH3COONa的物质的量之比为2∶1
解析:根据图示,电解池左侧生成氢气,是溶液中的水放电,发生了还原反应,左侧电极为阴极,则a为电源的负极,故A错误;工作时,阴极水放电生成氢气和氢氧根离子,氢氧根离子浓度增大,向右室迁移,故B错误;右室电极为阳极,发生氧化反应,根据图示,右侧溶液显碱性,不可能生成氢离子,故C错误;根据得失电子守恒,生成1 mol H2转移2 mol电子,则生成CH3COONa的物质的量为=0.5 mol,H2和CH3COONa的物质的量之比为2∶1,故D正确。
9.(2018·山东枣庄第三中学高三一调)连二亚硫酸钠(Na2S2O4)俗称保险粉,是一种强还原剂。工业常用惰性电极电解亚硫酸氢钠的方法制备连二亚硫酸钠,原理装置如图所示,下列说法正确的是(　D　)

A.b电极应该接电源的负极
B.装置中所用离子交换膜为阴离子交换膜
C.电路中每转移1 mol e-消耗SO2的体积为11.2 L
D.a电极的电极反应式为2HS+2e-+2H+S2+2H2O
解析:由装置图中物质转化关系可知,左边由NaHSO3得到电子转化为Na2S2O4,右边由SO2失去电子转化为H2SO4,所以a电极接电源的负极,b电极接电源的正极,故A错误;a电极的反应式为2HS+2e-+2H+ S2+2H2O,b电极的反应式为SO2+2H2O-2e-S+4H+,所以装置中离子交换膜为阳离子交换膜,则B错误;由电极反应式可知,每转移1 mol e-消耗SO2 0.5 mol,但没有给气体的温度和压强,所以SO2气体的体积无法计算,故C错误;a电极的电极反应式为2HS+2e-+2H+S2+2H2O,所以D正确。
10.(2018·山东济宁高三期末)高铁酸盐(如Na2FeO4)已经被广泛应用在水处理方面,以铁基材料为阳极,在高浓度强碱溶液中利用电解的方式可以制备高铁酸盐,装置如图。下列说法不正确的是(　C　)

A.a为阳极,电极反应式为Fe+8OH--6e-Fe+4H2O
B.为防止高铁酸根扩散被还原,则离子交换膜为阳离子交换膜
C.在电解过程中溶液中的阳离子向a极移动
D.铁电极上有少量气体产生原因可能是4OH--4e-O2↑+2H2O
解析:铁基材料为阳极,在高浓度强碱溶液中利用电解的方式可以制备高铁酸盐,所以铁是阳极,电极反应式为Fe+8OH--6e-Fe+4H2O,故A正确;阳离子交换膜可以阻止Fe进入阴极区域,故B正确;在电解过程中溶液中的阳离子向阴极移动,所以阳离子向b极移动,故C不正确;铁电极上发生氧化反应,所以生成的气体可能是氧气,电极反应式是4OH--4e-O2↑+2H2O,故D正确。
11.(2018·四川成都实验外国语学校高三模拟)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,电解示意图如图所示,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　　　　(填“a”“b”“c”“d”“e”或“f”,下同)位置补充,氢氧化钠溶液从图中　　　　位置流出; 
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。 
解析:(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为负极,A为电源正极;阴极反应是N得电子发生还原反应生成N2,利用电荷守恒与原子守恒知有H+参与反应且有水生成,所以阴极上发生的电极反应式为2N+12H++10e-N2↑+6H2O;
②转移5 mol电子时,阳极(阳极反应为H2O失电子氧化为O2和H+)消耗2.5 mol水,产生5 mol H+进入阴极室,阳极室质量减少45 g。
答案:(1)①正　②a　d　③2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-
(2)①A　2N+12H++10e-N2↑+6H2O　②45

12.(2018·辽宁六校协作体高三模拟)钠硫电池以熔融金属Na、熔融S和多硫化钠[Na2Sx(3<x<5)]分别作为两个电极的反应物,多孔固体Al2O3陶瓷(可传导Na+)为电解质。下列关于该电池的叙述错误的是(　C　)

A.放电时,电极B为正极
B.充电时内电路中Na+的移动方向为从B到A
C.该电池的工作适宜温度应该在Al2O3的熔点和沸点之间
D.充电时阳极反应为-2e-xS
解析:由电极反应物可知,放电时A为原电池的负极,B为原电池的正极,故A正确;充电时为电解池,B是阳极,A是阴极,Na+由B向A移动,故B正确;硫和钠的熔、沸点较低,而Al2O3是高熔点,温度不宜超过Al2O3的熔点,否则S或Na会汽化,故C错误;充电时,B是阳极,电极反应式为-2e-xS,故D正确。
13.金属铝在现代生产和日常生活中应用广泛。
(1)工业上用电解熔融氧化铝的方法来制取金属铝。纯净氧化铝的熔点很高(约2 045 ℃),在实际生产中,通过加入助熔剂冰晶石(Na3AlF6)得到熔融体,反应方程式为2Al2O34Al+3O2↑。
①在电解过程中阴极反应式为　 ; 
阳极反应式为　 。 
②由于电解产生的氧气全部与石墨电极反应生成CO和CO2气体,因此在电解过程中石墨电极需要不断补充。若生产中每生成a g Al,损失石墨b g,则理论上产生CO和CO2的物质的量分别是　 。 
(2)对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。如图所示,以铝片为阳极,在H2SO4溶液中电解,可使铝片表面形成氧化膜,则阳极电极反应式为　 。 
在电解过程中,阴极附近溶液的pH　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 

(3)“863”计划和中科院“百人计划”支持的环境友好型铝—碘电池已研制成功,电解质为AlI3溶液,已知电池总反应式为2Al+3I2 2AlI3。该电池负极的电极反应式为　 , 
当负极质量减少27 g时,在导线中有　　　　个电子通过。 
解析:(1)①分析电解熔融Al2O3的反应方程式可知,Al3+在阴极发生还原反应生成Al,电极反应式为Al3++3e-Al;O2-在阳极发生氧化反应生成O2,电极反应式为2-4e-O2↑。
②根据电解总反应式可知,生成a g Al(即 mol)时,生成O2的物质的量为 mol;据O原子守恒可得:n(CO)+2n(CO2)=2×mol;据C原子守恒可得:[n(CO)+n(CO2)]×12 g·mol-1=b g;联立两式可得n(CO)= mol,n(CO2)= mol。
(2)用铝片为阳极,电解H2SO4溶液使铝片表面形成氧化膜,即生成Al2O3,则阳极反应式为2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+。电解过程中,阴极上H+放电生成H2,电极反应式为2H++2e-H2↑,反应中消耗H+,溶液中c(H+)减小,溶液的pH增大。
(3)分析铝—碘电池总反应可知,Al失去电子被氧化成A,则Al作负极,电极反应式为Al-3e-A。负极质量减少27 g时,负极上消耗 1 mol Al,结合负极反应式可知导线中转移电子的物质的量为3 mol,即 1.806×1024(或3NA)个电子。
答案:(1)①Al3++3e-Al　2O2--4e-O2↑
② mol、 mol
(2)2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+　增大
(3)Al-3e-Al3+　1.806×1024(或3NA)