1、河北省衡水市景縣梁集中學2015年度高三復習課時提升作業（二十八）電解池金屬的電化學腐蝕與防護(45分鐘100分)一、選擇題(本題包括10小題,每小題6分,共60分)1.(2013·無錫模擬)用石墨作電極電解CuSO4溶液。通電一段時間后,欲使電解液恢復到起始狀態,應向溶液中加入適量的()A.CuSO4B.H2OC.CuOD.CuSO4·5H2O2.以硫酸銅溶液作電解液,對含有雜質Fe、Zn、Ag的粗銅進行電解精煉。下列敘述正確的是()粗銅與直流電源負極相連陰極發生的反應為Cu2+2e-=Cu電路中每通過3.01×1023個電子,得到的精銅質量為16 g雜質Ag以

2、Ag2SO4的形式沉入電解槽形成陽極泥A.B.C.D.3.(2014·鎮江模擬)按如圖所示裝置進行下列不同的操作,說法不正確的是()A.鐵腐蝕的速率由大到小的順序是:只閉合K1>只閉合K3>都斷開>只閉合K2B.只接通K1,一段時間后,U形管中出現白色沉淀C.只接通K2,U形管左、右兩端液面均下降D.若只接通K1,一段時間后,漏斗中液面上升;若只接通K2,漏斗液面下降4.(2014·蚌埠模擬)高鐵酸鹽在能源、環境保護等方面有著廣泛的用途,可以用電解法制高鐵酸鹽(已知高鐵酸鹽在酸性條件下不穩定),總反應式為Fe+2H2O+2OH-3H2+Fe。下列說法正確的

3、是()A.鐵為陽極,H2SO4為電解液B.鐵為陰極,濃NaOH為電解液C.陽極發生的電極反應為Fe+8OH-3e-=4H2O+FeD.標準狀況下,鐵失去3 mol電子可以在陰極得到33.6 L氫氣5.如圖中,兩電極上發生的電極反應如下:a極:Cu2+ 2e-=Cu;b極:Fe-2e-=Fe2+,則以下說法中不正確的是()A.該裝置一定是原電池B.a極上一定發生還原反應C.a、b可以是同種電極材料D.該過程中能量的轉換可以是電能轉化為化學能6.(2014·衡水模擬)高鐵酸鹽在能源環保領域有廣泛用途。用鎳(Ni)、鐵做電極電解濃NaOH溶液制備高鐵酸鹽Na2FeO4的裝置如圖所示。下列推

4、斷合理的是()A.鐵是陽極,電極反應為Fe-6e-+4H2O=Fe+8H+B.鎳電極上的電極反應為2H+2e-=H2C.若隔膜為陰離子交換膜,則OH-自右向左移動D.電解時陽極區pH降低、陰極區pH升高,最終溶液pH不變7.21世紀是鈦的世紀。在8001 000時電解熔融TiO2可制得鈦,裝置如圖所示。下列敘述正確的是()A.a為電源的正極B.石墨電極上發生還原反應C.陰極發生的反應為TiO2+4e-=Ti+2O2-D.每生成0.1 mol鈦,轉移電子0.2 mol8.(2014·廣安模擬)推銷凈水器的商人用自來水做電解實驗,一段時間后兩極間產生灰綠色沉淀,并很快變成紅褐色,然后用凈

5、水器凈化后的水做電解實驗,兩極上只有氣體產生,水中并無沉淀,用以證明自來水很“臟”。人們將自來水送檢,卻是合格的,下列有關說法合理的是()A.商人電解自來水時,用石墨作陽極;電解凈化水時,用鐵作陽極B.電解自來水時,陰極反應式:O2+2H2O+4e-=4OH-C.電解凈化水時,a、b兩極的pH變化如圖2所示D.電解自來水實驗中,若陰極產生氣體為3.36 L(標準狀況),則陽極質量減小5.6 g9.如圖所示,將鐵棒和石墨棒插入1 L 1 mol·L-1食鹽水中。下列說法正確的是()A.若電鍵K與N連接,鐵被保護不會腐蝕B.若電鍵K與N連接,正極反應式是4OH-4e-=2H2O+O2C.

6、若電鍵K與M連接,將石墨棒換成銅棒,可實現鐵棒上鍍銅D.若電鍵K與M連接,當兩極共產生28 L(標準狀況)氣體時,生成了1 mol NaOH10.(能力挑戰題)(2013·重慶模擬)下面兩套實驗裝置,都涉及金屬的腐蝕反應,假設其中的金屬塊和金屬絲都是足量的。下列敘述正確的是()A.裝置在反應過程中自始至終只生成紅棕色氣體B.裝置開始階段鐵絲只發生析氫腐蝕C.裝置在反應過程中能產生氫氣D.裝置在反應結束時溶液中的金屬陽離子只有Cu2+二、非選擇題(本題包括3小題,共40分)11.(12分)下圖為相互串聯的甲、乙兩個電解池。試回答:(1)若甲池利用電解原理在鐵上鍍銀,則A是、(依次填電極

7、材料和電極名稱),電極反應是_;B是、(依次填電極材料和電極名稱),電極反應是_;應選用的電解質溶液是_。(2)若甲池陰極增重43.2 g且乙池中陰極上一直都有氣體產生,則乙池中陰極上放出的氣體在標準狀況下的體積是_L。12.(14分)(2014·九江模擬)(1)某課外活動小組同學用如圖1裝置進行實驗,試回答下列問題:若開始時開關K與a連接,則鐵發生電化學腐蝕中的腐蝕。若開始時開關K與b連接,則總反應的離子方程式為 _。(2)芒硝化學式為Na2SO4·10H2O,無色晶體,易溶于水,是一種分布很廣泛的硫酸鹽礦物。該小組同學設想,如果模擬工業上離子交換膜法制燒堿的方

8、法,用上圖2所示裝置電解硫酸鈉溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鈉,無論從節省能源還是從提高原料的利用率而言都更加符合綠色化學理念。該電解槽的陽極反應式為_。此時通過陰離子交換膜的離子數(填“大于”“小于”或“等于”)通過陽離子交換膜的離子數。制得的氫氧化鈉溶液從出口(填“A”“B”“C”或“D”)導出。通電開始后,陰極附近溶液pH會增大,請簡述原因: _。若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鈉溶液組合為氫氧燃料電池,則電池負極的電極反應式為 _。已知H2的燃燒熱H=-285.8 kJ·mol-1,則該燃料電池工作產生36 g液態H2O時,理論上有kJ的能量轉化為電能。1

9、3.(14分)(能力挑戰題)(2013·青島模擬)鋼鐵工業是國家工業的基礎,鋼鐵生銹現象卻隨處可見,為此每年國家損失大量資金。請回答鋼鐵腐蝕與防護過程中的有關問題。(1)鋼鐵的電化學腐蝕原理如圖所示。寫出石墨電極的電極反應式: _。將該裝置作簡單修改即可成為鋼鐵電化學防護的裝置,請在圖中虛線框內所示位置作出修改,并用箭頭標出導線中電子流動方向。寫出修改后石墨電極的電極反應式: _。(2)生產中可用鹽酸來除鐵銹。現將一生銹的鐵片放入鹽酸中,當鐵銹被除盡后,溶液中發生的化合反應的化學方程式為_ _。(3)防止鋼鐵腐蝕可以延長鋼鐵制品的使用壽命。在鋼鐵制品表面

10、鍍銅可以有效地防止其腐蝕,電鍍的裝置如圖所示:電鍍裝置圖的“直流電源”中,(填“a”或“b”)是正極。Fe電極反應式為 _。接通電源前,裝置圖中的銅、鐵兩個電極質量相等,電鍍完成后,將兩個電極取出,用蒸餾水小心沖洗干凈、烘干,然后稱量,二者質量之差為5.12 g,由此計算電鍍過程中電路中通過電子的物質的量為_。上述鐵鍍件破損后,鐵更容易被腐蝕。請簡要說明鍍銅鐵鍍件破損后,鐵更容易被腐蝕的原因: _,由此可推知鍍(填一種金屬)鐵鍍件在破損時鐵不易被腐蝕。答案解析1.【解析】選C。由硫酸銅溶液的電解方程式:2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4可知,加入CuO才可與生

11、成的H2SO4反應生成CuSO4而使電解液恢復到起始狀態,故C正確。【誤區警示】恢復電解質溶液時容易只注意溶質成分,而忽略了溶液濃度。用惰性電極電解電解質溶液時,若使電解后的溶液恢復原狀態,一般加入陰極產物與陽極產物的化合物。如電解CuSO4溶液,因從溶液中減少的是Cu和O2,且為21,相當于減少了CuO,所以恢復應加CuO,加1 mol Cu(OH)2則多加1 mol H2O;如果需要加Cu(OH)2才能恢復,說明CuSO4電解質電解完后還電解了水,且CuO和H2O為11。2.【解題指南】解答本題時需掌握:“活成離子弱成泥,離子濃度要減小”在電解精煉的過程中,比精煉金屬活潑的金屬,會以離子形

12、式留在溶液中,而活潑性比精煉金屬弱的,會變成陽極泥,所以,溶液中精煉金屬離子的濃度會減小。【解析】選D。粗銅作陽極,與直流電源正極相連;雜質Ag以單質形式形成陽極泥;每通過2 mol電子時,得到精銅質量為64 g,通過3.01×1023個電子,即0.5 mol電子,得到的精銅為16 g,對。3.【解析】選D。只閉合K1,鐵棒作陽極電解NaCl溶液,Fe失電子生成Fe2+,H+在陰極得電子生成H2,從而使溶液中產生較多OH-,二者擴散到U形管底部相遇生成白色Fe(OH)2沉淀,B項正確;只接通K2,鐵棒作陰極,不能失電子,此時相當于惰性電極,該極上生成H2,石墨電極上生成Cl2,C項正

13、確;綜上分析只接通K1鐵腐蝕最快,只閉合K3,形成原電池,鐵腐蝕的速率次之,都斷開時鐵自然腐蝕,而只接通K2時鐵棒作陰極被保護,腐蝕速率最慢,A項正確。4.【解析】選D。由反應式知鐵為陽極,濃NaOH為電解液,故A、B項均錯誤;Fe在反應中失去6個電子,故C項錯誤;鐵失去3 mol電子可以在陰極得到1.5 mol氫氣,標準狀況下為33.6 L,D項正確。5.【解析】選A。A項該裝置不一定是原電池,可以是原電池也可以是電解池;B項根據已知條件,a極上發生Cu2+ 2e-=Cu反應,一定是還原反應;C項a、b可以是同種電極材料,如用鐵電極電解硫酸銅溶液;D項該過程中能量的轉換可以是電能轉化為化學能

14、,也可以是化學能轉化為電能。【誤區警示】該題容易通過反應:Cu2+ Fe=Fe2+ Cu誤判該裝置為原電池。單從兩極的反應上不能判定該裝置是原電池還是電解池,兩種可能都有。兩電極的材料也容易誤判,可以是同種材料。6.【解析】選B。A選項,Fe與電源的正極相連,故Fe為陽極,陽極發生氧化反應,因電解質溶液呈堿性,故不能得到H+,正確的陽極反應式為Fe-6e-+8OH-=Fe+4H2O;B選項,Ni電極為陰極,在陰極,水電離出的H+發生還原反應生成H2;C選項,由電極反應式知OH-由左(陰極)向右(陽極)移動;D選項,陽極區消耗OH-,pH減小,陰極區生成OH-,pH增大,由總反應式:Fe+2OH

15、-+2H2O=Fe+3H2可知,整個溶液堿性減小,pH減小。7.【解析】選C。由O2-移動方向可知b為電源正極,A錯;b為電源正極,石墨電極上發生氧化反應,B錯;D項每生成0.1 mol鈦,轉移電子0.4 mol,錯誤。8.【解析】選C。商人電解自來水時,用鐵作陽極,鐵失電子成為Fe2+,在陰極,水中的H+得電子成為氫氣,破壞了水的電離平衡生成了OH-,Fe2+與OH-生成氫氧化亞鐵,氫氧化亞鐵很快被氧化為氫氧化鐵,故兩極間產生灰綠色沉淀,并很快變成紅褐色。商人電解凈化水時,用石墨作陽極,陽極(b極)電極反應為4OH-4e-=2H2O+O2,陽極區c(H+)增大,pH降低,陰極(a極)電極反應

16、為2H+2e-=H2,陰極區c(OH-)增大,pH升高,故兩極上只有氣體產生,水中并無沉淀。故A、B項錯誤,C項正確。電解自來水實驗中,若陰極產生氣體(H2)為3.36 L(標準狀況),則轉移的電子的物質的量為×2=0.3 mol,陽極鐵失電子成為Fe2+,質量減小×56 g·mol-1=8.4 g,D項錯誤。9.【解析】選D。A項,若電鍵K與N連接,則形成原電池,鐵作負極,被腐蝕,不正確;B項,若電鍵K與N連接,正極發生還原反應,電極反應式是2H2O+O2+4e-=4OH-,不正確;C項,若電鍵K與M連接,將石墨棒換成銅棒,則形成電解池,若要在鐵棒上鍍銅,電解質

17、溶液不能用食鹽水,而應用硫酸銅溶液,故不正確;D項,若電鍵K與M連接,則為電解食鹽水,根據反應方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+2244.81 molxV解得x=1 mol,V=22.4 L,即1 mol氯化鈉全部被電解完,產生1 mol氫氧化鈉和22.4 L的H2、Cl2的混合氣體,而現在產生氣體為28 L,表明電解完氯化鈉后繼續電解水,但生成氫氧化鈉的量不變,即生成了1 mol NaOH,D項正確。【誤區警示】該題D項中NaCl完全電解后生成22.4 L氣體和1 mol NaOH,再繼續電解水時,氣體增加但NaOH不變,若依據28 L氣體進行計算則得不出正確結果,而認為D項錯。10.

18、【解題指南】正確解答本題,需明確以下兩點:(1)濃硝酸隨著反應的進行會變稀,發生的反應會改變;(2)硫酸不具有揮發性,故裝置左側開始時發生的是吸氧腐蝕。【解析】選C。裝置形成原電池,銅作負極、鐵作正極,反應的實質是銅與濃硝酸發生氧化還原反應,開始生成二氧化氮,硝酸變稀后生成一氧化氮;濃硝酸變稀后,鐵和銅兩個電極轉換,溶液中會有亞鐵離子生成;裝置開始發生的是吸氧腐蝕,鐵、氧氣和水反應生成鐵銹,氧氣消耗后壓強變小左邊液面上升,接觸后發生化學腐蝕,有氫氣放出。【加固訓練】某課外活動小組,為研究金屬的腐蝕和防護的原理,做了以下實驗:將剪下的一塊鍍鋅鐵片,放入錐形瓶中,并滴入少量食鹽水將其浸濕,再加數滴

19、酚酞試液,按如圖所示的裝置進行實驗,過一段時間后觀察。下列現象不可能出現的是()A.B中導氣管產生氣泡B.B中導氣管里形成一段水柱C.金屬片剪口變紅D.鋅被腐蝕【解析】選A。該題思考的切入點是鐵-鋅-NaCl溶液構成原電池,由于溶液顯中性,鋅又比鐵活潑,只能是鋅作負極,鐵作正極,在負極上發生Zn-2e-=Zn2+,正極:O2+2H2O+4e-=4OH-,所以在A中由于其中的氧氣作氧化劑而使錐形瓶內氣體的量減小,導致B中的水沿導氣管進入而使導氣管里形成一段水柱,同時鋅被腐蝕,金屬片上由于O2得到電子,使金屬片剪口處溶液c(OH-)增大,使得溶液顯堿性,遇到酚酞試液而變紅,故綜合以上分析應選A。1

20、1.【解題指南】解答本題時應注意以下兩點:(1)電鍍池的連接方式。(2)串聯電路的特點:在相同時間內通過各電極的電量相等。【解析】(1)電鍍時鍍件作陰極、鍍層金屬作陽極、含有鍍層金屬的可溶性鹽溶液作電鍍液,故鐵作陰極、銀作陽極、電鍍液為硝酸銀溶液。(2)甲池中陰極反應為Ag+e-=Ag,當陰極增重43.2 g時,析出Ag的物質的量為0.4 mol,則轉移電子的物質的量也為0.4 mol。乙池中陰極反應式為2H+2e-=H2,根據電子守恒,析出氫氣為0.2 mol,在標準狀況下體積為4.48 L。答案:(1)鐵陰極Ag+e-=Ag銀陽極Ag-e-=Ag+AgNO3(2)4.4812.【解析】(1

21、)開關K與a連接,形成原電池,由于電解質溶液為飽和食鹽水,鐵發生吸氧腐蝕。開關K與b連接,為石墨作陽極電解飽和食鹽水,總反應的離子方程式為2Cl-+2H2O2OH-+Cl2+H2。(2)該電解槽中陽極為OH-放電,電極反應式為4OH-4e-=2H2O+O2。陽極OH-放電,因此S向陽極遷移,陰極H+放電,因此Na+向陰極遷移,顯然通過相同電量時,通過陰離子交換膜的離子數小于通過陽離子交換膜的離子數。NaOH在陰極產生,因此從出口D導出。通電開始后,陰極上H+放電,促進水的電離,OH-濃度增大,因此pH增大。堿性氫氧燃料電池中負極為H2放電,電極反應式為H2-2e-+2OH-=2H2O。該電池的總反應式為2H2+O2=2H2O,由于H2(g)+O2