1、第三讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护一、选择题1结合下图判断，下列叙述正确的是 ()A和中正极均被保护B和中负极反应均是Fe2e=Fe2C和中正极反应均是O22H2O4e=4OHD和中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液，均有蓝色沉淀解析A项，电子从负极流向正极，抑制正极失电子，所以正极均被保护。B项，中的负极反应为Zn2e=Zn2。C项，中的正极反应为2H2e=H2。D项，由于中负极反应产生Zn2，不会与K3Fe(CN)6溶液作用产生蓝色沉淀。答案A2将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。
2、导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是 ()A液滴中的Cl由a区向b区迁移B液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O22H2O4e=4OHC液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2由a区向b区迁移，与b区的OH形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈D若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为：Cu2e=Cu2解析根据液滴之下氧气含量比边缘少可知液滴下铁为负极，失电子生成亚铁离子，液滴外缘氧气得电子与水化合生成氢氧根，OH与Fe2结合生成Fe(OH)2，进而生成Fe2O3nH2O，阴离子移向负极，A项错误，B项正确；铁
3、为负极，失电子发生氧化反应，C项错误；铁比铜活泼，应为铁失电子：Fe2e=Fe2，D项错误。答案B3下列叙述不正确的是()A铁表面镀锌，铁作阳极B船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀C钢铁吸氧腐蚀的正极反应为：O22H2O4e=4OHD工业上电解饱和食盐水的阳极反应为：2Cl2e=Cl2解析铁表面镀锌，铁应作阴极而锌作阳极，A错误；锌比铁活泼，在船底镶嵌锌块，可有效保护船体不被腐蚀，B正确；钢铁的吸氧腐蚀中正极上O2得到e被还原，C正确；工业上电解饱和食盐水的反应中阳极上Cl失去e被氧化，D正确。故选A。答案A4右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极 a 和 b 附近
4、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Ca电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色Da电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色解析以石墨为电极电解Na2SO4溶液时，阳极(b极)：4OH4e=2H2OO2，阴极(a极)：4H4e=2H2，则a极附近溶液显碱性，b极附近溶液显酸性，滴加石蕊试液后，a极附近呈蓝色，b极附近呈红色。答案D5Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如右图所示，电解总反应为：2CuH2OCu2OH2。下列说法正确的是 ()A石墨电极上产生氢气B铜电极发生还
5、原反应C铜电极接直流电源的负极D当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成解析从反应中得知Cu在通电时失电子，在阳极放电，发生氧化反应2Cu2e2OH=Cu2OH2O，另一电极(石墨)作阴极，发生还原反应，2H2e=H2，转移0.1 mol电子生成0.05 mol Cu2O，故B、C、D项错。答案A6下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是 ()A钢管与电源正极连接，钢管可被保护B铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀C钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀D钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe3e=Fe3解析钢管与电源正极连接，作电解池的阳极，被氧化而腐蚀，A项错；铁在冷浓
6、硝酸中表面生成一层致密的氧化物保护膜，从而保护内部不被腐蚀，B项正确；钢管与铜管堆放在一起时，构成原电池，钢管作负极而易被腐蚀，C项错；钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应：Fe2e=Fe2，D项错。答案B7用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是 ()A用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片B用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片C用氢氧化钠溶液吸收阴极产物D用带火星的木条检验阳极产物解析溶液中的铜离子应在阴极放电而析出，Cl在阳极放电产生Cl2，A、C、D都错。答案B8下图所示装置是一种可充电电池，装置为电解池。离子交换膜只允许Na通过，充放电的化学方程式为2Na2S2NaBr3Na2S43NaBr
7、。闭合开关K时，b极附近先变红色。下列说法正确的是 ()A负极反应为4Na4e=4NaB当有0.01 mol Na通过离子交换膜时，b电极上析出标准状况下的气体112 mLC闭合K后，b电极附近的pH变小D闭合K后，a电极上有气体产生解析本题信息新颖，多数同学对所给的电池反应很不熟悉，习惯写出电极式的同学会因为写不出电极反应式而做不出来。电源的正极： Br2e=3Br；电源的负极： 2S2e=S，内电路为Na移动导电。由题意可知b极(阴极)：2H2e=H2，a极(阳极)：Cu2e=Cu2，所以C、D均错误；对于B项当有0.01 mol Na通过离子交换膜时，说明有内电路通过了0.01 mol的
8、电荷，外电路转移的电子也就为0.01 mol。结合b极反应，产生的气体就为0.005 mol，体积为112 mL。只有B正确。答案B二、非选择题9由熔盐电解法获得的粗铝含一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝。工艺流程如下：(注：NaCl熔点为801 ；AlCl3在181 升华)(1)精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为_和_。(2)将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除Cl2外还含有_；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在_。
9、(3)在用废碱液处理气体A的过程中，所发生反应的离子方程式为_。(4)镀铝电解池中，金属铝为_极。熔融盐电镀液中铝元素和氯元素主要以AlCl和Al2Cl形式存在，铝电极的主要电极反应式为_。(5)钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是_。解析(2)由于AlCl3易升华，故气泡的主要成分除Cl2外还含有HCl和AlCl3。Na与Cl2反应生成NaCl固体，故浮渣中肯定存在NaCl固体。(3)由题意可知，气体A为HCl和Cl2的混合气体，A与废碱液反应的离子方程式为：Cl22OH=ClClOH2O，HOH=H2O。(4)在铝电解池中，铝是镀层金属，应为阳极，电极反应式为：Al3
10、e7AlCl=4Al2Cl。(5)钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能隔绝空气和水与钢材的接触，从而能防止钢材的腐蚀。答案(1)2AlFe2O3Al2O32Fe4Al3SiO22Al2O33Si(2)HCl、AlCl3NaCl(3)Cl22OH=ClClOH2OHOH=H2O(4)阳Al3e7AlCl=4Al2Cl(5)致密氧化铝膜能隔绝空气和水与钢材的接触10A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如右表所示：阳离子Na、K、Cu2阴离子SO、OH如图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯中依次盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中
11、c电极质量增加了16 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。请回答下列问题：(1)M为直流电源的_极，b电极上发生的电极反应为_。(2)计算e电极上生成的气体在标准状况下的体积为_。(3)写出乙烧杯中的总反应方程式：_。(4)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？_。(5)要使丙烧杯中的C溶液恢复到原来的状态，需要进行的操作是_。解析测得乙中c电极质量增加了16 g，只有Cu2能放电析出金属，其他的都不可能，而Cu2只能和SO结合，可以确定B为硫酸铜；由常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图，可以确定A为KOH或NaOH，C为Na2S
12、O4或K2SO4。c电极上发生的反应为：Cu22e=Cu，即c电极为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。甲中为KOH或NaOH溶液，相当于电解H2O，b电极(阳极)为OH放电，即4OH4e=2H2OO2。当乙中有16 g Cu析出时，转移的电子为0.5 mol。整个电路是串联的，故每个电极上转移的电子数是相等的。丙中为Na2SO4或K2SO4溶液，相当于电解水，由方程式2H2O2H2O2可知，当整个反应中转移0.5 mol电子时，e电极上生成的H2为0.25 mol，标准状况下的体积为0.25 mol22.4 Lmol15.6 L。此时丙烧杯中消耗水0.25 mol，若要恢
13、复到原来的状态，需要向烧杯中加4.5 g水。答案(1)负4OH4e=2H2OO2(2)5.6 L(3)2CuSO42H2O2CuO22H2SO4(4)能，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应变为电解水的反应(5)向丙烧杯中加4.5 g水11如下图装置所示，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
14、、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_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_。解析(1)F极附近呈红色，说明F是阴极，E是阳极，则A为正极，B为负极。甲中因Cu2放电使溶液颜色变浅。丁中Y极附近颜色变深，说明Fe(OH)3胶粒向阴极移动，即Fe(OH)3胶粒带正电荷。(2)C、D、E、F的电极产物分别为O2、Cu、Cl2
15、、H2，由于电路中通过的电量相等，所以其物质的量之比为1222。(3)乙中溶液pH13，生成n(NaOH)0.1 molL10.5 L0.05 mol，电路中通过的电子的物质的量为0.05 mol，所以丙中镀件上析出银0.05 mol108 gmol15.4 g。(4)当活性金属作阳极时，金属先于溶液中的阴离子放电而溶解，故甲中发生反应的离子方程式为FeCu2Fe2Cu。答案(1)负极逐渐变浅氢氧化铁胶体粒子带正电荷(2)1222(3)镀件AgNO35.4 g变小(4)FeCu2CuFe212钒(V)及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。(1)V2O5是接触法制硫酸的催化剂。一定
16、条件下，SO2与空气反应t min后，SO2和SO3物质的量浓度分别为a molL1和b molL1，则SO2起始物质的量浓度为_molL1；生成SO3的化学反应速率为_mol(Lmin)1。工业制硫酸，尾气SO2用_吸收。(2)全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如下图所示。当左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，其电极反应式为_。充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由_色变为_色。放电过程中氢离子的作用是_和_；充电时若转移的电子数为3.011023个，左槽溶液中n(H)的变化量为_。解析(1)根据2SO2O22SO3和S原子守恒，SO2的起始浓度为(ab
17、)molL1；根据化学反应速率计算公式v(SO3) mol(Lmin)1；工业制硫酸的尾气SO2一般用氨水吸收。(2)根据图示该装置，左边为电解池的阳极或原电池的正极，右边为电解池的阴极或原电池的负极。当左槽溶液由黄变蓝，即VOVO2，电极反应式为VO2He=VO2H2O。充电过程中，右槽为电解池的阴极，V3V2，溶液由绿色变为紫色。放电过程中，氢离子的作用是导电作用(通过交换膜定向移动)，并参与正极反应。充电时左槽的反应式为VO2H2Oe=VO2H，转移电子数3.011023个，共生成1 mol H，其中0.5 mol通过交换膜进入右槽，故左槽溶液中n(H)的变化量为0.5 mol。答案(1)ab氨水(2)VO2He=VO2H2O绿紫参与正极反应通过交换膜定向移动使电流通过溶液0.5 mol
