1、课时规范练18电解池金属的腐蚀与防护课时规范练第36页基础巩固1.(2019四川成都高三一诊)港珠澳大桥设计寿命120年,对桥体钢构件采用了多种防腐方法。下列分析错误的是()A.防腐原理主要是避免发生反应2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2B.钢构件表面喷涂环氧树脂涂层,是为了隔绝空气、水等防止形成原电池C.采用外加电流的阴极保护时需外接镁、锌等作辅助阳极D.钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀答案C解析铁为活泼的金属,在潮湿的空气中容易发生吸氧腐蚀,发生的主要反应有2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2、4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3等,故A项正确;钢构件表面喷涂环氧树
2、脂涂层,可以隔绝空气、水等防止形成原电池,防止铁发生电化学腐蚀,故B项正确;外接镁、锌等作辅助阳极属于牺牲阳极的阴极保护法,采用外加电流的阴极保护时需外接电源,故C项错误;不锈钢具有较强的抗腐蚀性,采用不锈钢材料做钢构件可以防止或减缓电化学腐蚀,故D项正确。2.以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌,下列说法正确的是()A.若通电前上述镀锌装置构成原电池,则电镀过程是该原电池的充电过程B.因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系C.电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率D.镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用答案C解析电镀前,Zn与Fe构成原电池,Zn为负极
3、,Fe为正极;电镀时,Fe为阴极,Zn为阳极;原电池充电时,原电池负极为阴极、正极为阳极,故电镀过程不属于原电池的充电过程,A项错误;根据电子守恒,通过电子的电量与析出Zn的量成正比,B项错误;电流恒定,单位时间通过的电子的物质的量恒定,即电解速率恒定,C项正确;镀层破损后,Zn与Fe仍能构成原电池,其中Zn为负极被腐蚀,Fe为正极被保护,D项错误。3.(2019江西师范大学附属中学高三期末)下列有关电化学装置的叙述正确的是()A.图1中,ZnMnO2干电池放电时,MnO2被氧化B.图2中,电解精炼铜时,阳极减少的质量与阴极增加的质量一定相等C.图4中,在钢材上电镀铝,熔融盐中Al和Cl两种元
4、素只以AlCl4-、Al2Cl7-的形式存在,则阳极反应式为Al-3e-+7AlCl4-4Al2Cl7-D.图3中,K分别与M、N连接,均可保护Fe电极,连接M时称为“牺牲阳极的阴极保护法”答案C解析图1是锌锰电池,锌作负极失去电子,化合价升高,被氧化,故A项错误;精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,粗铜中含有杂质如锌和铁,它们先失去电子,即Zn-2e-Zn2+、Fe-2e-Fe2+,纯铜电极反应式为Cu2+2e-Cu,减少的质量和增加的质量不同,故B项错误;根据装置图,阳极反应式为Al+7AlCl4-3e-4Al2Cl7-,故C项正确;图3中K连接M时装置为电解池,不是牺牲阳极的阴极保护法,牺
5、牲阳极的阴极保护法是指原电池装置,故D项错误。4.右图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是()A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色答案D解析电解Na2SO4溶液时,a为阴极,电极反应式为4H+4e-2H2,b为阳极,电极反应式为4OH-4e-O2+2H2O;a极周围由于H+放电溶液呈碱性,遇石蕊显蓝色,b极周围由于OH-放电溶液呈酸性,遇石蕊显红色。5.(2019江西师范大学附属中学高三期末)
6、利用如图装置可完成很多电化学实验。下列有关此装置的叙述正确的是()A.若X为锌棒,Y为NaCl溶液,开关K置于M处,可减缓铁的腐蚀,这种方法称为牺牲阴极保护法B.若X为石墨棒,Y为NaCl溶液,开关K置于N处,可加快铁的腐蚀C.若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于M处,铜棒质量将增加,此时外电路中的电子向铜电极移动D.若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于N处,可用于铁表面镀铜,溶液中铜离子浓度将减小答案C解析开关K置于M处则为原电池,由于活动性ZnFe,所以Zn为负极,Fe为正极。可减缓铁的腐蚀,这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法,A项错误;开关K置于N处为电解池。若阳极X为石墨棒,Y为Na
7、Cl溶液,Fe为阴极被保护,不会引起Fe的腐蚀,B项错误;开关K置于M处该装置是原电池,若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液。由于活动性FeCu,Fe作负极,发生反应Fe-2e-Fe2+,Cu为正极,电极反应式为Cu2+2e-Cu,此时铜棒质量将增加,在外电路中的电子由铁经导线向铜电极移动,C项正确;开关K置于N处为电解池。Y溶液为硫酸铜溶液,若阳极X为铜棒,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,Fe为阴极,电极反应式为Cu2+2e-Cu,可用于铁表面镀铜,由于两电极溶解的Cu的质量和析出的Cu的质量相等,所以溶液中铜离子浓度将不变,D项错误。6.(双选)以纯碱溶液为原料,通过电解的方法可制备小苏打,原理装
8、置图如下:上述装置工作时,下列有关说法正确的是()A.Na+由乙池穿过交换膜进入甲池B.甲池电极反应式为4CO32-+2H2O-4e-4HCO3-+O2C.乙池电极接电池正极,气体X为H2D.NaOH溶液Y比NaOH溶液Z浓度大答案BD解析Na+向阴极移动,由甲池穿过交换膜进入乙池,故A项错误;甲池电极上水放电生成氧气和氢离子,氢离子与碳酸根反应生成碳酸氢根,电极反应式为4CO32-+2H2O-4e-4HCO3-+O2,故B项正确;乙池电极为阴极,乙池电极接原电池负极,阴极上水放电生成氢气和氢氧根,故C项错误;电解时,甲池得到碳酸氢钠,乙池得到氢氧化钠,则NaOH溶液Y比NaOH溶液Z浓度大,
9、故D项正确。7.(2019江西师范大学附属中学高三期末)氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的基本化学工业。下图是某氯碱工业生产原理示意图:(1)A装置所用食盐水由粗盐水精制而成。精制时,为除去食盐水中的Mg2+和Ca2+,要加入的试剂分别为、。(2)写出装置A在通电条件下反应的化学方程式:。(3)氯碱工业是高耗能产业,按上图将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上,且相关物料的传输与转化关系如图所示,其中的电极未标出,所用的离子膜都只允许阳离子通过。图中Y是(填化学式);X与稀NaOH溶液反应的离子方程式为。分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小:。若用B装置作为A装置的
10、辅助电源,每当消耗标准状况下氧气的体积为11.2 L时,则B装置可向A装置提供的电量约为(一个e-的电量为1.6010-19C;计算结果精确到0.01)。答案(1)NaOH溶液Na2CO3溶液(2)2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2(3)H22OH-+Cl2ClO-+Cl-+H2Ob%a%1.93105C解析(1)除去杂质不能引入新的杂质,即除去Mg2+用NaOH溶液,除去Ca2+用Na2CO3溶液。(2)根据生产流程示意图,装置A是电解池装置,反应过程为电解饱和食盐水,因此化学反应方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2。(3)装置A右端产生NaOH溶液,说明右端电极是
11、阴极,发生反应2H2O+2e-H2+2OH-,因此Y是氢气,装置A的左端是阳极,发生反应2Cl-2e-Cl2,X为Cl2,Cl2和NaOH溶液的反应的离子方程式为Cl2+2OH-Cl-+ClO-+H2O。装置B中通氧气的一极为正极,电解质溶液是NaOH溶液,因此正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,产生NaOH,因此b%a%。两个装置通过的电量相等,即转移的电量是11.246.0210231.610-19/22.4 C=1.93105C。能力提升8.(2019山东济南外国语学校高三模拟)已知高能锂离子电池的总反应式为2Li+FeSFe+Li2S,LiPF6SO(CH3)2为电解质,
12、用该电池为电源电解含镍酸性废水并得到单质Ni的实验装置如图所示。下列说法不正确的是()A.电极Y应为LiB.电解过程中,b中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小C.X电极反应式为FeS+2Li+2e-Fe+Li2SD.若将图中阳离子膜去掉,将a、b两室合并,则电解反应总方程式发生改变答案B解析由上述分析可知,Y为原电池负极,故Y为Li,A项正确;电解过程中,a为阳极区,发生氧化反应4OH-4e-2H2O+O2,a中Na+通过阳离子交换膜进入b;c中发生还原反应Ni2+2e-Ni,溶液中Cl-通过阴离子交换膜进入b中,故电解过程中,b中NaCl的物质的量浓度将不断增大,B项错误;X极为正极,Fe
13、S发生还原反应,故电极反应式为FeS+2Li+2e-Fe+Li2S,C项正确;若将阳离子交换膜去掉,因b中含有Cl-,故阳极电极反应式为2Cl-2e-Cl2,故电解反应总方程式发生改变,D项正确。9.(2019山东临沂高三期末)一种将CO2和H2O转换为燃料H2、CO及CH4的装置如图所示(电解质溶液为稀硫酸)。下列关于该装置的叙述错误的是()A.该装置可将电能转化为化学能B.工作时,电极a周围溶液的pH增大C.电极b上生成CH4的电极反应式为CO2+8H+8e-CH4+2H2OD.若电极b上还原产物只产生1 mol CO,则通过质子膜的H+数为2NA答案B解析题给装置含有外加电源,属于电解池
14、,电解质溶液为稀硫酸,根据电解原理,电极a为阳极,电极反应式为2H2O-4e-O2+4H+,电极b为阴极,如转化成CH4,阴极反应式为CO2+8e-+8H+CH4+2H2O。该装置为电解池,电能转化为化学能,故A项正确;工作时,电极a的电极反应式为2H2O-4e-O2+4H+,c(H+)增大,pH降低,故B项错误;根据上述分析,电极b上生成甲烷的电极反应式为CO2+8e-+8H+CH4+2H2O,故C项正确;若还原产物只产生1 mol CO,电极b电极反应式为CO2+2e-+2H+CO+H2O,则消耗2 mol H+,即通过质子膜的H+的物质的量为2 mol,故D项正确。10.(2019山西晋
15、中高三适应性考试)双极膜电渗析一步法由盐制酸碱的技术进入到了工业化阶段。某科研小组研究采用BMED膜堆(如图所示)模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知在直流电源的作用下,双极膜内中间界面层发生水的解离,生成H+和OH-。下列说法不正确的是()A.电极b连接电源的负极B.口排出的是淡水C.电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生D.C为阴离子交换膜答案D解析根据H+的移动方向可知,电极b是阴极,连接电源的负极,故A项正确;浓海水中的钠离子移向室,氯离子移向室,口排出的是淡水,故B项正确;加入Na2SO4的目的是增大溶液
16、的导电性,氯离子移向室,氢离子通过A移向室,在室得到HCl,可避免有害气体的产生,故C项正确;钠离子移向室,C为阳离子交换膜,故D项错误。11.(双选)传统接触法制取硫酸能耗大、污染严重。将燃料电池引入硫酸生产工艺可有效解决能耗和环境污染问题,同时提供电能。以燃料电池为电源电解硫酸铜溶液的工作原理示意图如下所示。下列说法不正确的是()A.b极为正极,电极反应式为O2+4H+4e-2H2OB.H+由b极通过质子交换膜向a极移动C.该燃料电池的总反应式为2SO2+O2+2H2O2H2SO4D.若a极消耗2.24 L(标准状况)SO2,理论上c极有6.4 g 铜析出答案BD解析根据题意分析可知,b为
17、正极,电极反应式为O2+4H+4e-2H2O,A项正确;原电池内部阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,B项错误;题给燃料电池的总反应为2SO2+O2+2H2O2H2SO4,C项正确;d极与电源负极相连,则d极为阴极得电子,有铜析出,若a电极消耗标况下2.24 L SO2,理论上在d极上有6.4 g铜析出,D项错误。拓展深化12.(2019湖北鄂州、黄冈高三调研)化学电源在日常生活和工业生产中有着重要的应用。.如下图所示,某同学设计了一种燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题:(1)甲烷燃料电池负极反应式是。(2)C(石墨)电极的电极反应式
18、为。(3)若在标准状况下,有2.24 L氧气参加反应,则乙装置中铁极上生成的气体体积为L;丙装置中阴极析出铜的质量为g,一段时间后丙装置中烧杯中c(Cu2+)(填“增大”“减小”或“不变”)。.“长征”火箭发射使用的燃料是液态偏二甲肼(C2H8N2),并使用四氧化二氮作为氧化剂,这种组合的两大优点是,既能在短时间内产生巨大能量将火箭送上太空,产物又不污染空气(产物都是空气成分)。某校外研究性学习小组拟将此原理设计为原电池,如图所示,结合学习过的电化学原理分析其设计方案,回答相关问题:(4)从a口加入(填名称)。H+移动方向是(填“A到B”或“B到A”)。(5)A极发生的电极反应式为。(6)若以
19、该电池为电源用石墨做电极电解200 mL 0.5 molL-1的CuSO4溶液,电解一段时间后,两极收集到相同体积(相同条件)的气体,则整个电解过程转移的电子的数目是。答案(1)CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O(2)2Cl-2e-Cl2(3)4.4812.8减小(4)偏二甲肼A到B(5)C2H8N2-16e-+4H2O2CO2+N2+16H+(6)0.4NA(或2.4081023)解析甲为燃料电池,通入甲烷一极为负极,通入氧气一极为正极;乙为电解池,Fe为阴极,C(石墨)为阳极,实质为电解饱和食盐水;丙为电解池,粗铜为阳极,精铜为阴极,实质为电解精炼铜。(1)甲烷燃料电池负极上C
20、H4失去电子后结合OH-生成CO32-和H2O,其电极反应式为CH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O。(2)乙为电解池,Fe为阴极,C(石墨)为阳极,实质为电解饱和食盐水,故C(石墨)极的电极反应式为2Cl-2e-Cl2。(3)标准状况下,2.24 L氧气的物质的量为0.1 mol,参与反应转移电子为0.4 mol;铁电极为阴极,阳离子放电的电极反应式为2H+2e-H2,则放出氢气0.2 mol,标准状况下体积为4.48 L;丙装置中阴极电极反应式为Cu2+2e-Cu,则析出铜0.2 mol,其质量为12.8 g,一段时间后烧杯中c(Cu2+)会减少。(4)外电路中电子由A电极流向B电
21、极,由电子转移方向可知A为负极,B为正极,根据原电池原理,还原剂在负极上失去电子发生氧化反应,氧化剂在正极上得电子发生还原反应,则从a口通入偏二甲肼;内电路一般是阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以H+移动方向是A到B。(5)A为负极,还原剂在负极上失去电子发生氧化反应,又已知产物中气体均为空气组分,所以A极发生的电极反应式为C2H8N2-16e-+4H2O2CO2+N2+16H+。(6)两极收集到相同体积(相同条件)的气体,则阴极除了发生反应Cu2+2e-Cu,还发生反应2H+2e-H2,阳极的电极反应式4OH-4e-2H2O+O2,设生成n(O2)=n(H2)=x,因为n(Cu2+)=0.5 molL-10.2 L=0.1 mol,由得失电子守恒0.12 mol+2x=4x,x=0.1 mol,所以n(O2)=n(H2)=0.1 mol,则整个电解过程中转移电子的物质的量是0.1 mol4=0.4 mol,即0.4NA。11