2024年高考化学一轮复习 第六章 化学反应与能量 课时梯级作业二十 6.3 电
解池 金属的电化学腐蚀与防护
一、选择题(本题包括6小题,每题7分,共42分) 1.一定条件下,碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下:
pH 腐蚀快慢 主要产物 下列说法不正确的是 ( )
A.在pH<4溶液中,碳钢主要发生析氢腐蚀 B.在pH>6溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀
C.在pH>14溶液中,碳钢腐蚀的正极反应为O2+4H+4e2H2O D.在煮沸除氧气的碱性溶液中,碳钢腐蚀速率会减缓
【解析】选C。pH<4为强酸性,发生析氢腐蚀,A正确;pH>6的溶液,氧气得电子,发生吸氧腐蚀,B正确;pH>14的溶液,氧气与水反应得电子:O2+2H2O+4e4OH,C错误;煮沸后除去了氧气,碳钢的腐蚀速率会减缓,D正确。 2.(xx·大同模拟)图Ⅰ的目的是精炼铜,图Ⅱ的目的是保护钢闸门,下列说法不正确的是
( )
--+
-
2 4 较快 6 6.5 8 13.5 14 慢 Fe2O3 较快 Fe Fe Fe3O4 2+
A.图Ⅰ中a为纯铜 B.图Ⅰ中S向b极移动
C.图Ⅱ中如果a、b间连接电源,则a连接负极 D.图Ⅱ中如果a、b间用导线连接,则X可以是铜
【解析】选D。电解精炼铜时,粗铜作阳极,精铜作阴极,图Ⅰ中a为纯铜,A项正确;图Ⅰ为电解池,阳离子移向阴极(a极),阴离子移向阳极(b极),B项正确;图Ⅱ的目的是保护钢闸门,若a、b间连接电源,则a连接负极,b连正极,C项正确;若图Ⅱ中a、b用导线连接,为保护钢闸门,钢闸门作正极,X应为比铁活泼的金属,而不可以是铜,D项不正确。
3.(xx·牡丹江模拟)工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是
( )
已知:①N在弱酸性溶液中发生水解 ②氧化性:N(高浓度)>H>N(低浓度) A.碳棒上发生的电极反应:4OH-4eO2↑+2H2O
B.电解过程中,B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少 C.为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水pH
D.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 【解析】选B。电极反应式为阳极:4OH-4e2H2O+O2↑
阴极:N+2eNi 2H+2eH2↑,A项正确;B项,由于C中N、H不断减少,Cl通过阴离子膜从C移向B,A中OH
+
+
-+
-+
------+
不断减少,Na通过阳离子膜从A移向B,所以B中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大,错误;C项,由于H的氧化性大于N(低浓度)的氧化性,所以为了提高Ni的产率,电解过程需要控制废水的pH;D项,若去掉阳离子膜,在阳极Cl放电生成Cl2,反应总方程式发生改变,正确。 【加固训练】
烧杯A中盛放0.1 mol·L的H2SO4溶液,烧杯B中盛放0.1 mol·L的CuCl2溶液(两种溶液均足量),装置如图所示,下列说法不正确的是 ( )
-1
-1
-
A.A中Fe极质量减少,C极有气体产生 B.A为电解池,B为原电池
C.当A烧杯中产生0.1 mol气体时,B烧杯中产生气体的物质的量也为0.1 mol D.经过一段时间,B烧杯中溶液的pH增大
【解析】选B。构成A装置的是活动性不同的电极、电解质溶液,两极形成了闭合的回路,所以A为原电池装置,且A为B的电解提供电能。电极反应式分别为(烧杯A中)C正极:2H+2eH2↑,Fe负极:Fe-2eFe。(烧
+
--2+
杯B中)阴极:Cu+ 2eCu,阳极:2Cl-2eCl2↑。烧杯B中电解氯化铜,铜离子浓度减小,水解程度减小,pH增大(不考虑Cl2溶于水)。
4.等物质的量的BaCl2、K2SO4和AgNO3溶于水形成混合溶液,用石墨电极电解此溶液,经过一段时间后,阴、阳两极收集到的气体体积之比为3∶2。下列说法正确的是 ( ) A.阴极反应为Ag+eAg
B.阳极始终发生反应:2Cl-2eCl2↑ C.两极共生成三种气体
D.向电解后溶液中通入适量的HCl可使溶液恢复到电解前的状态 【解析】选C。三种物质溶于水后,发生反应Ba+SBaSO4↓、Ag+Cl
AgCl↓,则混合溶液的溶质为KCl和KNO3。由题意,阴、阳两极收集到的气体体积之比为3∶2,所以阴极反应为2H+2eH2↑,阳极反应为2Cl-2eCl2↑和4OH-4eO2↑+2H2O,阴、阳两极共生成氢气、氯气和氧气三种气体,要使电解质溶液复原,需要通入适量的HCl,还需要加入适量的水。
5.碱性硼化钒(VB2)-空气电池工作时原理为4VB2+11O24B2O3+2V2O5。用该电池为电源,惰性电极电解硫酸铜溶液,实验装置如图所示。当外电路中通过0.04 mol 电子时,B装置内共收集到0.448 L气体(标准状况)。则下列说法正确的是
( )
+
-----2+
+
---+
-
2+---
A.VB2电极发生的电极反应为2VB2+11H2O-22eV2O5+2B2O3+22H B.外电路中电子由c电极流向VB2电极
C.电解过程中,b电极表面先有红色物质析出,然后有气泡产生 D.若B装置内的液体体积为200 mL,则CuSO4溶液的物质的量浓度为 0.05 mol·L
【解析】选D。负极VB2失电子发生氧化反应,电极反应式为2VB2+22OH-22e
--
-1
-+
V2O5+2B2O3+11H2O,A错误;外电路中电子由VB2电极流向阴极c,B错误;b为阳极,氢氧根失电子生成氧气,C错误;外电路通过0.04 mol 电子时,b电极生成
0.01 mol O2,共收集到0.448 L 气体,则阴极产生0.01 mol H2,溶液中n(Cu)=
2+
=0.01 mol,c(CuSO4)==0.05 mol·L,D正确。
【方法规律】电池类型的判定规律
1.有外接电源串联电池,则是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池,其他情况为电解池。
2.无外接电源的串联电池,一定有一个是原电池,判断方法: (1)燃料电池、铅蓄电池为原电池,其他装置为电解池。
(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断:电极材料和电解质溶液之间能发生自发氧化还原反应的是原电池,其他装置为电解池。 (3)根据电极反应现象判断:如图
-1
C极溶解,D极上析出Cu,B极附近溶液变红,A极上放出黄绿色气体,则知乙是原电池,D是正极,C是负极;甲是电解池,A是阳极,B是阴极。
6.(能力挑战题)将H2S通入FeCl3溶液中,过滤后将反应液加入电解槽中电解(如图所示),电解后的溶液还可以循环利用。该方法可用于处理石油炼制过程中产生的H2S废气。下列有关说法正确的是 ( )
A.过滤得到的沉淀可能是FeS和S
B.若有0.20 mol电子转移,一定能得到2.24 L氢气 C.可以用Fe与外接电源的a极相连 D.与a极相连的电极反应为Fe-eFe
【解析】选D。H2S与FeCl3反应生成S、盐酸和氯化亚铁,A错误;没有给出氢气所处的条件,不能求氢气的体积,B错误;根据右边生成氢气知b是负极,a是正极,若铁作阳极,被溶解,C错误。 二、非选择题(本题包括4小题,共58分)
2+
-3+
7.(12分)在生产生活中,金属腐蚀所带来的损失非常严重,所以防止金属腐蚀已经成为科学研究和技术领域的重大问题。某化学兴趣小组的同学在实验室对金属腐蚀进行了探究。
(1)分别在三个洁净干燥的试管中各加入一个洁净无锈的铁钉,再向Ⅰ、Ⅱ号两个试管中分别加入经煮沸迅速冷却的蒸馏水,然后向Ⅱ号试管中加入少量植物油,将Ⅲ号试管塞上木塞。请判断:________号试管中的铁钉最容易生锈。由此可见,铁制品生锈需要的条件是________________。
(2)如图2所示,处于A、B、C三种不同环境中的铁片,被腐蚀的速率由大到小的顺序是________(用字母表示)。
(3)据报道,全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达7 000亿美元,我国因金属腐蚀造成的损失约占国民生产总值的4%。
①钢铁在发生电化学腐蚀时,负极反应为__________________。 ②请写出用稀硫酸除去铁锈的化学方程式:________________。
③请根据不同的原理,提出防止钢铁腐蚀的两条合理措施:________________、_____________________________。
【解析】(1)铁生锈的条件:与氧气接触,有水参加。二者缺一不可,具备该条件的只有Ⅰ。
(2)铁处于A环境中作原电池的负极,腐蚀速度较快;处于B环境中作原电池的正极被保护,腐蚀速度很慢;处于C环境中发生吸氧腐蚀,腐蚀速度较慢。
(3)①发生电化学腐蚀时,负极上金属铁发生失电子的氧化反应。②铁锈的主要成分是氧化铁,可以和酸反应生成盐和水。③防止钢铁锈蚀的关键是使铁与氧气、水隔绝,可以进行表面防护处理(如涂油、刷漆、表面镀金属等),还可以改变金属内部结构(如制成不锈钢)等。 答案:(1)Ⅰ 有水和氧气 (2)A>C>B (3)①Fe-2eFe
②Fe2O3+3H2SO4Fe2(SO4)3+3H2O
③改变金属内部结构 刷漆(合理即可)
8.(12分)太阳能电池可用作电解的电源(如图)。
-2+
2024年高考化学一轮复习 第六章 化学反应与能量 课时梯级作业二十 6.3 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
