1、第三讲 电解池 金属的电化学腐蚀与保护一、选择题1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中，正确的是()。A用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为2Cl2e=Cl2B氢氧燃料电池的负极反应式：O22H2O4e=4OHC粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，阳极反应式为Cu2e=Cu2D钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe2e=Fe2解析电池的负极发生的是氧化反应，B不对；粗铜精炼时，纯铜应该连接电源的负极，C错；钢铁发生电化学腐蚀时，铁为负极，D错。答案A2依据下列甲、乙、丙三图，判断下列叙述不正确的是()A甲是原电池，乙是电镀装置B甲、乙装置中，锌极上均发生氧化反
2、应C乙、丙装置中，阳极均发生氧化反应而溶解D乙、丙装置中，c(Cu2)基本不变解析 甲为铜锌原电池，乙为在Zn片上镀铜的电镀池，丙为电解精炼铜。答案 B3.铝及铝合金经过阳极氧化，铝表面能生成几十微米厚的氧化铝膜。某研究性学习小组模拟工业法对铝片表面进行氧化处理。分别以铅片、铝片为电极，以硫酸溶液为电解液，按照如图所示装置连接电解池装置，电解40 min后取出铝片，用水冲洗，放在水蒸气中封闭处理2030 min，即可得到更加致密的氧化膜。下列有关说法正确的是 ()。A电解时电子从电源负极导线铝极，铅极导线电源正级B在电解过程中，H向阳极移动，SO向阴极移动C电解过程阳极周围溶液的pH下降D电解
3、的总反应为2Al6H=2Al33H2解析根据装置示意图分析，铝片为阳极，铅片为阴极，所以电解时电子的流向为从电源负极导线铅极，铝极导线电源正极，A项错误；电解过程中，阳离子向阴极移动，阴离子则向阳极移动，B项不正确；根据题意，电解的总反应为：2Al3H2OAl2O33H2，阳极的电极反应为：2Al3H2O6e=Al2O36H，阳极周围的pH下降，C项正确，而D项错误。答案C4臭氧是常见的强氧化剂，广泛用于水处理系统。制取臭氧的方法很多，其中高压放电法和电解纯水法原理如下图所示，下列有关说法不正确的是 ()。A高压放电法，反应的原理为3O22O3B高压放电出来的空气中，除含臭氧外还含有氮的氧化物
4、C电解时，电极b周围发生的电极反应有3H2O6e=O36H和2H2O4e=O24HD电解时，H由电极a经聚合固体电解质膜流向电极b解析高压放电法与闪电条件下氧气部分转化为臭氧类似，其反应的原理为：3O22O3，因空气中还含有氮气，放电条件下，氮气也能与氧气反应，故有氮氧化物生成，A、B两项均正确；观察上图电解法制臭氧，可发现有氢气放出，必由水还原生成，发生还原反应，故a为阴极；同理，由水生成氧气和臭氧，发生氧化反应，C项正确；因b为阳极，电解质中的阳离子移向阴极，故D项错误。答案D5如图，a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。下列说法正确的是()。AX极是电源负极，Y极是电源正
5、极Ba极的电极反应是2Cl2e=Cl2C电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大DPt极上有6.4 g Cu析出时，b极产生2.24 L(标准状况)气体解析由题意知b极为阴极，a极为阳极，a极发生的电极反应为2Cl2e=Cl2，Y为负极，X为正极，故A项错误，B项正确，Pt极上的反应为2H2O4e=O24H，溶液的酸性增强，pH减小，Pt极上产生O2，Cu极上有Cu析出，C、D项均错误。答案B6电解100 mL含c(H)0.30 molL1下列溶液，当电路中通过0.04 mol电子时，理论上析出金属质量最大的是()A0.10 molL1AgNO3溶液B0.10 molL1ZnSO4溶液C0.20
6、 molL1CuCl2溶液D0.20 molL1Pb(NO3)2溶液解析 根据金属活动性顺序表可知：Ag和Cu排在H后面，而Zn和Pb排在H以前，所以Ag、Cu2的氧化性比H大，应优先于H放电而析出。因为0.01 mol Ag的质量小于0.02 mol Cu的质量，所以C项正确。答案 C7以酸性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示。A燃料电池工作时，正极反应为O22H2O4e=4OHBa极是铁，b极是铜时，b极逐渐溶解，a极上有铜析出Ca、b两极若是石墨，在相同条件下a极产生的气体与电池中消耗的H2体积相等Da极是粗铜，b极是纯铜时，a极逐渐溶解，b极上有铜析出解析 本题结合原电池和电
7、解池综合考查电化学的基本理论。图中左侧为氢氧燃料电池，右侧为电解池，燃料电池为酸性介质，负极反应为2H24e=4H，正极反应为O24H4e=2H2O，A错误；a为阳极，b为阴极，金属铁作阳极，优先失电子，a极逐渐溶解，B错误；a、b两极若是石墨，b极上析出铜，a极上产生O2，C错误；粗铜为阳极，铜及比铜活泼的金属失电子形成离子进入溶液中，铜离子得电子后在b极上析出，D正确。答案 D二、非选择题8某小组同学设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾。(1)X极与电源的_(填“正”或“负”)极相连，氢气从_(选填“A”、“B”、“C”或“D”)口导出。(2)离子交换膜只允许一类离
8、子通过，则M为_(填“阴离子”或“阳离子”，下同)交换膜，N为_交换膜。(3)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池(石墨为电极)，则电池负极的电极反应式为_。(4)若在标准状况下，制得11.2 L氢气，则生成硫酸的质量是_，转移的电子数为_。解析：题图中左边加入含硫酸的水，暗示左边制硫酸，即OH在阳极发生氧化反应，使左边溶液中H增多，为了使溶液呈电中性，硫酸钾溶液中的SO通过M交换膜向左边迁移，即M为阴离子交换膜，由此推知X为阳极，与电源正极相连，B出口产生氧气，A出口流出硫酸；同理，右侧加入含KOH的水，说明右边制备KOH溶液，H在Y极发生还原反应，说明Y极为阴极，与电源负极
9、相连，右边溶液中OH增多，硫酸钾溶液中K向右迁移，N为阳离子交换膜。所以，C出口产生氢气，D出口流出KOH溶液。(3)若将制得的氢气和氧气在氢氧化钾溶液中构成原电池，正极反应式为O22H2O4e=4OH，负极反应式为2H24e4OH=4H2O。(4)n(H2)0.5 mol,2H2e=H2，得电子为1 mol，X极的反应式为4OH4e=2H2OO2或2H2O4e=4HO2，根据电子守恒知，生成H的物质的量为1 mol，故生成0.5 molH2SO4，m(H2SO4)49 g。答案：(1)正C(2)阴离子阳离子(3)H22e2OH=2H2O(4)49g6.0210239对金属制品进行抗腐蚀处理，
10、可延长其使用寿命。(1)以下为铝材表面处理的一种方法：碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是_(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的_。aNH3 bCO2 cNaOH dHNO3以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为_。取少量废电解液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是_。(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是_。(3)利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于_处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护
11、法称为_。解析(1)题中指出在碱洗时有气泡产生，则只有金属铝与碱反应才符合条件，故碱洗过程中发生反应的离子方程式为Al2O32OHH2O=2AlO、2Al2OH4H2O=2AlO3H2。碱洗后溶液中含有大量AlO，故最好通入CO2气体使AlO转化为Al(OH)3沉淀以回收铝。活泼金属作阳极，阳极材料本身失电子被氧化，其氧化产物为Al2O3，由此可得阳极反应式为2Al3H2O6e=Al2O36H。加入NaHCO3溶液后，Al3与HCO发生相互促进的水解反应，离子方程式可表示为Al33HCO=Al(OH)33CO2。(2)电镀时若用石墨作阳极，则电解过程中电解液中Cu2浓度不断减小，导致铁表面不能
12、镀上均匀的铜。(3)若X为碳棒，则只能用外加电源的阴极保护法，此时开关K应置于N处。若X为Zn，K置于M处，其保护原理为牺牲阳极的阴极保护法。答案(1)2Al2OH2H2O=2AlO3H2b2Al3H2O6e=Al2O36HHCO与Al3发生水解相互促进反应，产生Al(OH)3沉淀(2)补充溶液中消耗的Cu2，保持溶液中Cu2浓度恒定(3)N牺牲阳极的阴极保护法10如图为相互串联的甲、乙两个电解池，X、Y为直流电源的两个电极。电解过程中，发现石墨电极附近先变红。请回答：(1)电源X极为_极(填“正”或“负”)，乙池中Pt电极上的电极反应式为_。(2)甲池若为电解精炼铜的装置，其阴极增重12.8
13、 g，则乙池中阴极上放出的气体在标准状况下的体积为_，电路中通过的电子为_mol。(3)若乙池剩余溶液的体积仍为400 mL，则电解后所得溶液c(OH)_。解析 (1)由题意得X极为正极，Pt电极为电解池的阳极，电极反应式为2Cl2e=Cl2。(2)甲池的阴极电极反应式：Cu22e=Cu。乙池的阴极电极反应式：2H2e=H2由电子守恒得：Cu2eH264 g2 mol22.4 L128 gn(e)V(H2)则：n(e)0.4 mol，V(H2)4.48 L(3)乙池发生反应：2Cl2H2O2OH H2Cl22 22.4 Ln(OH)4.48 Ln (OH)0.4 mol电解后所得溶液c(OH)
14、1 molL1答案 (1)正2Cl2e=Cl2(2)4.48 L0.4(3)1 molL111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、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
15、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、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的质量为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)FeCu2CuFe2