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2Cl-2e===Cl2↑ B.氢氧燃料电池的负极反应式:O2+2H2O+4e===4OH
C.粗铜精炼时,与电源正极相连的是纯铜,阳极反应式为Cu-2e===Cu D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式:Fe-2e===Fe
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 A
2.依据下列甲、乙、丙三图,判断下列叙述不正确的是( ) .
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2+
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2+
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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(Cu)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 B
3.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20~30 min,即可得到更加致密的氧化膜。下列有关说法正确的是 ( )。
2+
1
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,SO4向阴极移动 C.电解过程阳极周围溶液的pH下降 D.电解的总反应为2Al+6H===2Al+3H2↑
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,阳离子向阴极电解
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:2Al+3H2O=====Al2O3+3H2↑,阳极的电极反应为:2Al+3H2O-6e===Al2O3+6H,阳极周围的pH下降,C项正确,而D项错误。 答案 C
4.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
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+
+
3+
+
2-
和电解纯水法原理如下图所示,下列有关说法不正确的是 ( )。
放电
A.高压放电法,反应的原理为3O2=====2O3
B.高压放电出来的空气中,除含臭氧外还含有氮的氧化物
C.电解时,电极b周围发生的电极反应有3H2O-6e===O3↑+6H和
2H2O-4e===O2↑+4H
D.电解时,H由电极a经聚合固体电解质膜流向电极b
+-
+
-
+
2
放电
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:3O2=====2O3,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 D
5.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( )。 A.X极是电源负极,Y极是电源正极 B.a极的电极反应是2Cl-2e===Cl2↑ C.电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大
D.Pt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2Cl-2e===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2H2O-4e===O2↑+4H,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 B
6.电解100 mL含c(H)=0.30 mol·L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( ) A.0.10 mol·LAgNO3溶液 B.0.10 mol·LZnSO4溶液 C.0.20 mol·LCuCl2溶液 D.0.20 mol·LPb(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、Cu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 C
7.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。
+
2+
+
+
-1-1-1-1+
-1
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+
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-
-
-
3
A.燃料电池工作时,正极反应为O2+2H2O+4e===4OH B.a极是铁,b极是铜时,b极逐渐溶解,a极上有铜析出
C.a、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 D.a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2H2-4e===4H,正极反应为O2+4H+4e===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
(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SO4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,与电源负极相连,右边溶液中OH增多,硫酸钾溶液中K
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+
+
2--
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+
--
制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾。
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
4
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O2+2H2O+4e===4OH
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,负极反应式为2H2-4e+4OH===4H2O。(4)n(H2)=0.5 mol,2H+2e===H2↑,得电
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--+-
子为1 mol,X极的反应式为4OH-4e===2H2O+O2↑或2H2O-4e===4H+O2↑,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)H2-2e+2OH===2H2O (4)49g 6.02×10 9.对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。 (1)以下为铝材表面处理的一种方法:
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-
23
+
①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________。
a.NH3 b.CO2 c.NaOH d.HNO3
②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,该电化学防护法称为______________。
解析 (1)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Al2O3+2OH+H2O===2AlO2、2Al+2OH+4H2O===2AlO2+3H2↑。碱洗后溶液中含有大量AlO2,故最好通入CO2气体使AlO2转化为Al(OH)3沉淀以回收铝。②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2Al+3H2O-6e===Al2O3+6H。加入NaHCO3溶液后,Al与HCO3发生相互促进的水解反应,离子方程式可表示为Al+3HCO3===Al(OH)3↓+3CO2↑。(2)电镀时若用石墨作阳极,则电解过程中电解液中Cu浓度不断减小,导致铁表面不能镀上均匀的铜。(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
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2+3+
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3+
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高考化学一轮复习 第六章 第三讲 电解池 金属的电化学腐蚀与保护
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