1、电解池金属的电化学腐蚀与防护1.(2020年陕西西北工业大学附属中学高三适应性训练)人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素CO(NH2)2。下列有关说法正确的是()。A.a为电源的负极B.电解结束后,阴极室溶液的pH与电解前相比将升高C.除去尿素的反应为CO(NH2)2+2Cl2+H2ON2+CO2+4HClD.若两极共收集到气体0.6 mol,则除去的尿素为0.12 mol(忽略气体溶解,假设氯气全部参与反应)1.D解析由图可知,左室电极产物为CO2和N2,发生氧化反应,则左室电极为阳极,a极为电源的负极,阳极反应式为6Cl-6e-3Cl2,CO(NH2)2+3Cl2+H2ON2+C
2、O2+6HCl,右室电极产物为H2,发生还原反应,则右室电极为阴极,b极为电源负极,阴极反应式为6H2O+6e-6OH-+3H2。由上述分析可知,a极为电源的正极,A项错误;根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH-、H+的数目相等,阳极室中产生的H+通过质子交换膜进入阴极室与OH-恰好反应生成水,所以阴极室中电解前后溶液的pH不变,B项错误;由上述分析可知,C项错误;若两极共收集到气体0.6 mol,则n(N2)=n(CO2)=0.615 mol=0.12 mol,由反应CO(NH2)2+3Cl2+H2ON2+CO2+6HCl可知所消耗的CO(NH2)2的物质的量也为0.12 mol,D
3、项正确。2.对工业废水和生活污水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施。 (1)含乙酸钠和对氯苯酚()的废水可以通过构成微生物电池除去二者,其原理如图所示。 B极是电池的(填“正”或“负”)极;A极的电极反应式为。 (2) 用电渗析法处理厨房垃圾发酵液,同时得到乳酸的原理如图所示(图中“HA”表示乳酸分子,A-表示乳酸根离子)。 阳极的电极反应式为。简述浓缩室中得到浓乳酸的原理:。电解过程中,采取一定的措施可控制阴极室的pH为68,此时进入浓缩室的OH-可忽略不计。400 mL 10 gL-1乳酸溶液通电一段时间后,浓度增至145 gL-1(溶液体积变化忽略不计),则阴极上产生的H2在标准
4、状况下的体积约为L(乳酸的摩尔质量为90 gmol-1)。2.(1)负+H+2e-+Cl-(2)4OH-4e-2H2O+O2阳极上OH-放电,c(H+)增大,H+从阳极室通过阳离子交换膜进入浓缩室,同时A-通过阴离子交换膜从阴极室进入浓缩室,发生反应H+A-HA,乳酸浓度增大6.723.(1)纳米Fe2O3在常压电化学法合成氨过程中起催化作用。该电解装置如图所示。已知熔融NaOH-KOH为电解液,Fe2O3在阴极发生电极反应生成中间体Fe。用化学方程式表示Fe2O3在阴极催化生成NH3的反应过程。第一步:。第二步:。(3) (2019年山东师范大学附属中学考前模拟)工业上利用电解法处理含氯化镍
5、的酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。已知:Ni2+在弱酸性溶液中发生水解; 氧化性:Ni2+(高浓度)H+Ni2+(低浓度)。下列说法不正确的是。A.碳棒上发生的电极反应:4OH-4e-O2+2H2OB.电解过程中,B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小C.为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水pHD.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3.(1)Fe2O3+3H2O+6e-2Fe+6OH-;2Fe+N2+3H2OFe2O3+2NH3(2)B解析(1)由图可知,该电解装置中,阴阳极均为惰性电极,熔融NaOH-KOH为电解液,Fe2O3在阴极发生电极反应生
6、成中间体Fe,Fe与N2、水反应生成NH3和Fe2O3,Fe2O3在该过程中起催化作用,故反应分两步,第一步:Fe2O3+3H2O+6e-2Fe+6OH-,第二步:2Fe+N2+3H2OFe2O3+2NH3。(2)由图可知,碳棒与电源正极相连是电解池的阳极,电极反应式为4OH-4e-2H2O+O2,A项正确;镀镍铁棒与电源负极相连是电解池的阴极,电极反应式为Ni2+2e-Ni,电解过程中为平衡A、C中的电荷,A中的Na+和C中的Cl-分别通过阳离子膜和阴离子膜移向B中,这使B中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大,B项错误;因Ni2+在弱酸性溶液中易发生水解,氧化性Ni2+(高浓度)H+Ni2+
7、(低浓度),为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水pH,C项正确;若将图中阳离子膜去掉,由于放电顺序Cl-OH-,则Cl-移向阳极放电,电极反应式为2Cl-2e-Cl2,电解反应总方程式会发生改变,D项正确。4.(2019年吉林白城第一中学月考)下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是()。A.钢铁锈蚀时,铁原子失去电子成为Fe3+,而后生成Fe(OH)3,再部分脱水成为氧化铁的水合物B.当镀锡铁制品的镀层破损时,镀层仍能对铁制品起保护作用C.在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法D.可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀4.C解析钢铁在锈蚀时,铁原子
8、失去电子生成Fe2+,A项错误;Fe、Sn和电解质溶液构成原电池时,Fe作负极,负极失电子被腐蚀,所以当镀锡铁制品的镀层破损时,镀层不能对铁制品起保护作用,B项错误;锌、铁和海水构成原电池,锌比铁活泼,作原电池的负极被氧化,铁作正极被保护,为牺牲阳极的阴极保护法,C项正确;Fe与正极相连作阳极,活性电极作阳极时,电极失电子被腐蚀,则地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀,D项错误。5.(2019年安徽省合肥高三第三次教学质量检测)下列有关电化学原理及应用的相关说法正确的是()。A.电池是能量高效转化装置,燃料电池放电时化学能全部转化为电能B.电热水器用牺牲阳极的阴极保护法阻止不锈
9、钢内胆腐蚀,阳极选用铜棒C.工业上用电解法精炼铜过程中,阳极减少的质量和阴极增加的质量相同D.用电解氧化法在铝制品表面形成氧化膜减缓腐蚀,铝件作阳极5.D解析电池是能量高效转化装置,但是燃料电池放电时化学能并不能完全转化为电能,如电池工作时,在电路中会产生热能,A项错误;牺牲阳极的阴极保护法需要外接活泼金属,Cu的活动性比Fe弱,因此起不到保护的作用,B项错误;电解精炼铜的过程中,阳极除了Cu,还有Zn、Fe等比Cu活泼的金属也会失去电子,阴极始终是Cu2+被还原成Cu,所以阳极减小的质量和阴极增加的质量不相同,C项错误;利用电解氧化法使铝的表面生成氧化铝,Al元素的化合价从0升高到+3,失去
10、电子,在电解池中作阳极,D项正确。6.利用如图所示装置,可以完成很多电化学实验。下列有关此装置的叙述中,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为碳棒,Y为NaCl溶液,开关K置于N处,可减缓铁的腐蚀,溶液中的阴离子向铁电极移动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,铁棒质量将增加,溶液中铜离子浓度将减小6.C解析若X为锌棒,Y为NaCl溶液,开关K置于M处,则构成了锌-铁原电池,因为锌比铁活泼,所以可以防止铁被腐蚀,而
11、锌被腐蚀,该方法称为牺牲阳极的阴极保护法,故A项错误;若X为碳棒,Y为NaCl溶液,开关K置于N处,则组成了一个电解池,X为阳极,铁为阴极,可以减缓铁的腐蚀,铁电极上发生的电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2,所以溶液中的阴离子向碳电极移动,故B项错误;若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于M处,则构成了铁-铜原电池,在铜极上析出铜,所以铜棒的质量将增加,此时外电路中的电子向铜电极移动,故C项正确;若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于N处,则构成了电解池,这时铜电极溶解,铁电极上有铜生成,所以铁棒质量将增加,但是溶液中铜离子浓度不变,故D项错误。7.(2019年安徽滁州九校期末联考)如图
12、所示电化学装置(碳棒作电极),下列判断合理的是()。A.若Z为氯化铜溶液,则X电极上发生还原反应B.若Z为饱和食盐水,则X电极是阴极C.若Z为氯化铜溶液,则Y电极上有暗红色物质析出D.若Z为饱和食盐水,则碱在X电极附近先生成7.C解析若Z为氯化铜溶液,则X电极上氯离子失电子,化合价升高,发生氧化反应,A项错误;若Z为饱和食盐水,则X电极是阳极,B项错误;若Z为氯化铜溶液,则Y电极上铜离子得电子生成单质铜,有暗红色物质析出,C项正确;若Z为饱和食盐水,在Y电极上水得电子生成氢气和氢氧根离子,Y电极附近有碱生成,D项错误。8.(2019年广西南宁三中月考)FFC电解法可由金属氧化物直接电解制备金属
13、单质,西北稀有金属材料研究院利用此法成功电解制备钽粉(Ta),其原理如图所示。下列说法正确的是()。A.该装置将化学能转化为电能B.a极为电源的正极C.Ta2O5极发生的电极反应为Ta2O5+10e-2Ta+5O2-D.常温常压下,石墨电极上生成22.4 L O2,则电路中转移的电子数为4NA8.C解析该装置是电解池,是将电能转化为化学能,A项错误;电解池工作时,O2-向阳极移动,则石墨电极为阳极,电源的b极为正极,a极为电源的负极,B项错误;Ta2O5极为阴极,发生还原反应,其电极反应式为Ta2O5+10e-2Ta+5O2-,C项正确;常温常压下22.4 L O2不是1 mol,转移的电子数
14、也不是4NA,D项错误。9.化学可以变废为宝,利用电解法处理烟道气中的NO,将其转化为NH4NO3的原理如图所示。下列说法错误的是()。A.该电解池的阳极反应式为NO-3e-+2H2ONO3-+4H+B.该电解池的电极材料为多孔石墨,目的是提高NO的利用率和加快反应速率C.用NH4NO3的稀溶液代替水可以增强导电能力,有利于电解的顺利进行D.为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充的物质A为HNO39.D解析根据装置图可知,在阳极NO失去电子,被氧化,生成NO3-,电极反应式为NO-3e-+2H2ONO3-+4H+,A项正确。电解池中的电极材料为多孔石墨,由于多孔石墨表面积大,吸附力强,因此
15、可吸附更多的NO参与反应,因而可提高NO的利用率和加快反应速率,B项正确。NH4NO3的稀溶液中自由移动的离子浓度比水大,因此用NH4NO3的稀溶液代替水可以增强导电能力,有利于电解的顺利进行,C项正确。在阳极NO被氧化为NO3-,电极反应式为NO-3e-+2H2ONO3-+4H+;该电池的总反应式为8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,为使电解产物全部转化为NH4NO3,要适当补充NH3,D项错误。10.25 时,用两个质量相同的铜棒作电极,电解500 mL 0.1 molL-1 H2SO4溶液,电解过程中,电解液的pH变化如表所示(假定溶液温度保持不变)。电解2 h后,取出电极,对电
16、极进行干燥,并称量,测得两电极的质量差为9.6 g。已知25 时,0.1 molL-1 CuSO4溶液的pH为4.17。时间/h0.511.52pH1.32.43.03.0(1)实验刚开始阶段,电解池的阴极所发生的电极反应为。(2)电解进行到1.5 h后,电解质溶液的pH不再发生变化的原因是，CuSO4溶液显酸性的原因是(用离子方程式表示)。(3)电解进行到2 h时,转移电子的总物质的量(填“”)0.15 mol。(4)欲使所得电解质溶液恢复到500 mL 0.1 molL-1 H2SO4溶液,应对溶液进行的处理是。10.(1)2H+2e-H2(2)电解过程发生转变,阳极反应式为Cu-2e-C
17、u2+,阴极反应式为Cu2+2e-Cu,电解质溶液的组成、浓度不再发生变化,溶液的pH也不再发生变化;Cu2+2H2OCu(OH)2+2H+(3)(4)向溶液中通入约0.05 mol H2S解析由题中信息可知,电解刚开始阶段,阳极反应式为Cu-2e-Cu2+,阴极反应式为2H+2e-H2;随着电解的继续,溶液中Cu2+的浓度增大,此时阳极反应不变,阴极反应则变成Cu2+2e-Cu;若电解过程中只有电镀铜的过程,则阳极溶解的铜与阴极生成的铜的质量应相同,溶液的组成保持不变,则阳极铜减少的质量为9.6 g2=4.8 g,转移电子的物质的量为0.15 mol,而实际上先有H2产生,后有电镀铜的过程,
18、故实际转移电子的物质的量大于0.15 mol;要使电解后的溶液恢复到原溶液,则需要通入H2S:H2S+CuSO4CuS+H2SO4。11.(2019年北京海淀高三适应性训练)某实验小组在常温下进行电解饱和Ca(OH)2溶液的实验,实验装置与现象见下表。序号装置现象两极均产生大量气泡,b极比a极多;a极溶液逐渐产生白色浑浊,该白色浑浊加入盐酸有气泡产生两极均产生大量气泡,d极比c极多;c极表面产生少量黑色固体;c极溶液未见白色浑浊下列关于实验现象的解释与推论,正确的是()。A.a极溶液产生白色浑浊的主要原因是电解过程消耗水,析出Ca(OH)2固体B.b极产生气泡:4OH- -4e-O2 +2H2
19、OC.c极表面变黑:Cu -2e- +2OH-CuO +H2OD.d极电极反应的发生抑制了水的电离11.C解析a极为电解池的阳极,氢氧根离子放电生成的氧气与石墨电极反应生成二氧化碳,二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙,该白色浑浊为碳酸钙,加入盐酸有二氧化碳产生,而不是析出的Ca(OH)2固体,A项错误;b极是阴极,水电离产生的氢离子得电子生成氢气,而不是OH-失电子生成O2,B项错误;c极为阳极,表面产生少量黑色固体,是铜失电子与OH-反应生成氧化铜,所以c极表面变黑,其电极反应式为Cu-2e-+2OH-CuO+H2O,C项正确;d极为阴极,是水电离产生的氢离子得电子生成氢气,促进了水的电离,D项错误。