1、第三讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护一、选择题1(2019湖北洪湖一中月考)关于如图装置所示的两个实验，说法正确的是()A中均发生了化学变化，均是化学能转变为电能的装置B中电流方向是从Zn经导线流入CuC反应开始阶段，中均有氢气产生D电极反应式：中阳极2Cl2e=Cl2；中正极2H2e=H2解析：A项，装置为电解池，将电能转化为化学能；B项，电流方向为从Cu流向Zn；C项，中产生的气体是Cl2。答案：D2(2019珠海一中月考)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()A图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小C图c中，接通开关时Zn的
2、腐蚀速率增大，Zn上放出的气体的速率也增大D图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的解析：图a中，铁棒发生化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，A错误；图b中开关由M置于N，CuZn合金作正极，腐蚀速率减小，B正确；图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt上放出，C错误；图d中干电池放电时MnO2发生还原反应，体现还原性，D错误。答案：B3(2019广东省实验中学月考)下列装置或操作能达到实验目的的是()A防止铁钉生锈B构成铜锌原电池C构成铜银原电池D验证NaCl溶液(含酚酞)电解产物解析：对钢铁制品进行电化学防腐时，需接电源的负极，接正
3、极会加快腐蚀，A错误；图左边烧杯中发生置换反应，无法产生电流，则不能构成原电池，B错误；中因电极与电解质溶液不能发生氧化还原反应，则不能构成原电池，C错误；中由电子的流向可知，电子由电源的负极流向电解池的阴极，左端为阴极，右端为阳极，氯离子在阳极放电生成氯气，能使KI淀粉变蓝，D正确。答案：D4(2019辽宁五校联考)下列装置由甲、乙两部分组成(如图所示)，甲是将废水中乙二胺H2N(CH2)2NH2氧化为环境友好物质的化学电源。当电池工作时，下列说法正确的是()A电子的流动方向：MFeCuSO4溶液CuNBM极电极反应式：H2N(CH2)2NH216OH16e=2CO2N212H2OC当N极消
4、耗5.6 L O2时，则铁极增重32 gD一段时间后，乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变解析：根据甲中N极上O2转化为H2O，O2发生还原反应，知N极为正极，M极为负极，故电子的流动方向为MFe、CuN，电子不能通过电解质溶液，A项错误；根据乙二胺被氧化为环境友好物质，推知乙二胺转化为CO2、N2，故M极电极反应式为H2N(CH2)2NH24H2O16e=2CO2N216H，B项错误；N极上发生反应：O24H4e=2H2O，Fe极上发生反应：Cu22e=Cu，根据各电极上通过电荷量(或转移电子数)相等，可得关系式：O22Cu，当N极消耗标准状况下5.6 L O2时，铁极增加的质量为26432
5、(g)，但题中没有说明O2所处的状况，C项错误；乙中Cu为阳极，Fe为阴极，原理为铁上镀铜，CuSO4溶液浓度基本保持不变，D项正确。答案：D5(2019保定模拟)用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法不正确的是()AX为直流电源的负极，Y为直流电源的正极B阳极反应为4OH4e=2H2OO2C图中的baD该过程中的产品主要为H2SO4和H2解析：根据Na和SO的移向可知Pt()为阴极，反应为2H2e=H2，Pt()为阳极，反应为SO2eH2O=SO2H。答案：B6(2
6、019临沂第十九中学月考)某校活动小组为探究金属腐蚀的相关原理，设计了如下图a所示装置，图a的铁棒末端分别连上一块Zn片和Cu片，并静置于含有K3Fe(CN)6及酚酞的混合凝胶上。一段时间后发现凝胶的某些区域(如下图b所示)发生了变化。已知：3Fe22Fe(CN)63=Fe3Fe(CN)62(蓝色)。下列说法错误的是()A甲区发生的电极反应式：Fe2e=Fe2B乙区产生Zn2C丙区呈现红色D丁区呈现蓝色解析：铁棒末端连上Zn片时，Zn片端(乙区)作负极，乙区的电极反应为Zn2e=Zn2，因此乙区产生Zn2；铁棒另一端(甲区)作正极，甲区的电极反应为O22H2O4e=4OH，A错误、B正确。铁棒
7、末端连上Cu片时，Cu片端(丙区)作正极，丙区的电极反应为O22H2O4e=4OH，溶液呈碱性，酚酞变红；铁棒另一端(丁区)作负极，丁区的电极反应为Fe2e=Fe2，遇K3Fe(CN)6呈现蓝色，C、D正确。答案：A7(2019安阳一模)为了减少钢管因锈蚀造成的损失，某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法错误的是()A在潮湿的酸性土壤中，钢管主要发生析氢腐蚀B在潮湿的酸性土壤中，电子由金属棒M通过导线流向钢管C在潮湿的酸性土壤中，H向金属棒M移动，抑制H与铁的反应D金属棒M与钢管用导线连接后可使钢管表面的腐蚀电流接近于零解析：在潮湿的酸性土壤中，钢管主要发生析氢腐蚀，A项正确
8、；在潮湿的酸性土壤中，金属棒M为保护钢管，作负极，电子由负极通过导线流向正极钢管，B项正确；在潮湿的酸性土壤中，H向正极钢管移动，H在正极得电子产生氢气，C项错误；金属棒M与钢管用导线连接后保护埋在酸性土壤中的钢管，可使钢管表面的腐蚀电流接近于零，D项正确。答案：C8(2019郑州模拟)一定条件下，高碳钢腐蚀快慢与溶液pH的关系如下表。下列说法错误的是()pH2466.5813.514腐蚀快慢较快慢较快主要产物Fe2Fe3O4Fe2O3FeOA当pH6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀C当pH14时，正极反应为O24H4e=2H2OD在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓解析：pH14时，发生吸
9、氧腐蚀，反应式为O24e2H2O=4OH。答案：C二、非选择题9钢铁工业是国家工业的基础，钢铁生锈现象却随处可见，为此每年国家损失大量资金。请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。(1)钢铁的电化学腐蚀原理如图1所示：图1写出石墨电极的电极反应式_；将该装置作简单修改即可成为钢铁电化学防护的装置，请在图1虚线框内所示位置作出修改，并用箭头标出导线中电子流动方向。写出修改后石墨电极的电极反应式_。(2)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如图2：图2A电极对应的金属是_(写元素名称)，B电极的电极反应式是_。若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，
10、二者质量差为5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为_ mol。镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因_。解析：(1)在中性溶液中钢铁发生吸氧腐蚀，将虚线中改为直流电源，这属于外加电源的阴极保护法，外加电源后石墨电极为阳极，氯离子失电子生成氯气。(2)为在铁表面镀铜需将铁作阴极、铜作阳极，当析出1 mol铜时两电极的质量差为6464128 (g)，转移2 mol电子，当质量差为5.12 g，电路中通过的电子为0.08 mol；镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，因为镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀。答案：(1)O24e2H2O=4OH如图所示2Cl
11、2e=Cl2(2)铜Cu22e=Cu0.08铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀(或其他合理答案)10(2019豫南九校联考)利用电化学原理，将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，模拟工业电解法来处理含Cr2O废水，如下图所示；电解过程中溶液发生反应：Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O。(1)甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5，可循环使用。则石墨是电池的_极；石墨附近发生的电极反应式为_。(2)工作时，甲池内的NO向_极移动(填“石墨”或“石墨”)；在相同条件下，消耗的O2和NO2的体积比为_。(3)乙池中Fe()棒上发生的电
12、极反应为_。(4)若溶液中减少了0.01 mol Cr2O，则电路中至少转移了_mol电子。(5)向完全还原为Cr3的乙池工业废水中滴加NaOH溶液，可将铬以Cr(OH)3沉淀的形式除去，已知Cr(OH)3存在以下溶解平衡：Cr(OH)3(s)Cr3(aq)3OH(aq)，常温下Cr(OH)3的溶度积Kspc(Cr3)c3(OH)1.01032，要使c(Cr3)降至105 molL1，溶液的pH应调至_。解析：(1)根据图示知甲池为燃料电池，电池工作时，石墨附近NO2转变成N2O5，发生氧化反应，电极反应式为NO2NOe=N2O5；石墨是电池的正极，O2得电子发生还原反应，电极反应式为O24e
13、2N2O5=4NO。(2)电池工作时，电解质溶液中的阴离子移向负极，即甲池内的NO向石墨极移动；根据两极的电极反应式NO2NOe=N2O5、O24e2N2O5=4NO，根据得失电子守恒知，在相同条件下，消耗O2和NO2的体积比为14。(3)乙池为电解池，Fe()棒为电解池的阳极，发生的电极反应为Fe2e=Fe2。(4)根据反应Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2O知，若溶液中减少了0.01 mol Cr2O，则参加反应的Fe2为0.06 mol，根据电极反应：Fe2e=Fe2知电路中至少转移了0.12 mol电子。(5)常温下Cr(OH)3的溶度积Kspc(Cr3)c3(OH)1.0
14、1032，c(Cr3)105 molL1，则c3(OH)1.01027，c(OH)1.0109 molL1，c(H)105 molL1，溶液的pH应调至5。答案：(1)正NO2NOe=N2O5(2)石墨14(3)Fe2e=Fe2(4)0.12(5)511(2019湖北八校联考)知识的梳理和感悟是有效学习的方法之一。某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题(显示的电极均为石墨)。(1)图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是_(填化学式)，U形管_(填“左”或“右”)边的溶液变红。(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，电解可制备“84”消毒液的有效成分，则c为电源的
15、_极；该发生器中反应的总离子方程式为_。(3)氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。该工艺的相关物质运输与转化关系如图3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)。燃料电池B中的电极反应式分别为：负极_，正极_。分析图3可知，氢氧化钠的质量分数为a%、b%、c%，由大到小的顺序为_。解析：(1)图1中，根据电子流向知，左边电极是电解池阳极，右边电极是电解池阴极，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，所以气球a中气体是氯气，气球b中的气体是氢气，同时阴极附近有NaOH生成，溶液呈碱性，无色酚酞遇碱变红色，所以U形管右边溶液
16、变红色。(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时阴极有NaOH生成，氯气和氢氧化钠反应生成NaClO，次氯酸钠具有漂白性，为了使反应更充分，则下边电极生成氯气，上边电极附近有NaOH生成，上边电极生成氢气，为阴极，则c为负极，d为正极，其电池反应式为ClH2OClOH2。(3)B是燃料电池，右边电池中通入空气，左边原电池中通入气体Y，则Y是氢气，则电解池中左边电极是阳极，右边电极是阴极，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电；燃料电池中通入氧化剂的电极是正极，通入氢气的电极是负极，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，负极上氢气失电子和氢
17、氧根离子反应生成水，负极、正极反应式分别为2H24e4OH=4H2O、O24e2H2O= 4OH。图3电解池中加入NaOH目的是增大溶液导电性，通入电解池后生成氢氧化钠，所以加入的NaOH浓度小于出来的NaOH浓度；原电池中，正极上生成氢氧化钠，且其浓度大于加入的氢氧化钠，所以氢氧化钠浓度大小顺序是b%a%c%。答案：(1)H2右(2)负ClH2OClOH2(3)2H24e4OH=4H2OO24e2H2O=4OHb%a%c%12碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示：(1)溶液A的溶质是_。(2)电解饱和食盐水的离子方程式是_。(3)电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在23，用化学平衡移动
18、原理解释盐酸的作用_。(4)电解所用的盐水需精制。去除有影响的Ca2、Mg2、NH、SOc(SO)c(Ca2)。精致流程如下(淡盐水和溶液A来电解池)：盐泥a除泥沙外，还含有的物质是_；过程中将NH转化为N2的离子方程式是_；BaSO4的溶解度比BaCO3的小，过程中除去的离子有_。解析：(1)电解时在电极的作用下，溶液中的阳离子向阴极作定向运动，阴离子向阳极作定向运动，所以电解饱和食盐水时Na和H向阴极运动并放电，但H比Na易得电子，所以H首先放电，方程式为2H2e=H2。由于H是水电离出的，所以随着H的不断放电，就破坏了阴极周围水的电离平衡，OH的浓度就逐渐增大，因此溶液A的溶质是NaOH
19、。由于Cl比OH易失电子，所以在阳极上Cl首先放电，方程式为2Cl2e=Cl2。因此电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl2H2O2OHH2Cl2。(3)由于阳极上生成氯气，而氯气可溶于水，并发生下列反应Cl2H2OHClHClO，根据平衡移动原理可知增大盐酸的浓度可使平衡向逆反应方向移动，减少氯气在水中的溶解，有利于氯气的溢出。(4)由于溶液中含有Mg2，所以用溶液A(即NaOH)调节溶液的pH时，会产生Mg(OH)2沉淀，即盐泥a中还含有Mg(OH)2；淡盐水中含有氯气，氯气具有强氧化性，可将NH氧化为N2，而氯气被还原成Cl，方程式为2NH3Cl28OH=8H2O6ClN2；沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动，一般说来，溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现。由于BaSO4的溶解度比BaCO3的小，所以加入BaCO3后，溶液中的SO就结合Ba2生成更难溶的BaSO4沉淀，同时溶液中还存在Ca2而CaCO3也属于难溶性物质，因此还会生成CaCO3沉淀。答案：(1)NaOH(2)2Cl2H2O2OHH2Cl2(3)氯气与水反应：Cl2H2OHClHClO，增大HCl的浓度可使平衡逆向移动，减少氯气在水中的溶解，有利于氯气的溢出。(4)Mg(OH)22NH3Cl28OH=8H2O6ClN2SO、Ca2
