2020届一轮复习人教通用版第19讲电解池　金属的腐蚀与防护作业

2020届一轮复习人教通用版第19讲电解池　金属的腐蚀与防护作业

练案[19] 　 　第六章　化学反应与能量 第19讲　电解池　金属的腐蚀与防护 A组　基础必做题 ‎1．(2019·湖南岳阳模拟)很多银纪念币材料为铜芯镀银，依据所掌握的电化学原理知识判断，下列说法正确的是(　A　)‎ A．制作这种银纪念币时，纯银作阳极 B．银纪念币制作过程中保持电流恒定，升高温度会加快电镀的速率 C．电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)保持不变 D．锌、铜、稀硫酸组成的原电池中，放电一段时间后，铜片质量减小 ‎[解析]　铜芯上镀银时，应用铜器作阴极、纯银作阳极，A正确；电镀的速率只与电路中通过电子的速率有关，所以保持电流恒定，升高温度，电镀的速率不变，B错误；电解精炼铜时，粗铜作阳极，粗铜中的Zn、Fe等杂质也失电子产生Zn2＋、Fe2＋等，阴极上只析出铜，故溶液中c(Cu2＋)减小，C错误；铜锌原电池中，铜作正极，其质量不变，D错误。‎ ‎2．(2019·广东惠州第一次调研)某同学设计如图装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是(　B　)‎ A．石墨电极与直流电源的负极相连 B．铜电极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ C．氢氧化钠在石墨电极附近产生，Na＋向石墨电极迁移 D．用湿润的淀粉－KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色 ‎[解析]　氯碱工业的反应原理为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，而Cu为活性电极，故应将Cu电极与电源的负极相连，石墨电极与电源的正极相连，A错误；Cu电极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)，B正确；电解池中，电解质溶液中的阳离子向阴极移动，则Na＋向Cu电极迁移，在Cu电极上产生H2，石墨电极的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故用湿润的淀粉－KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸不变色，D错误。‎ ‎3．(2019·湖北孝感模拟)某同学用下图所示装置进行铜的电解精炼实验(粗铜中有锌、铁、镍、银等杂质，部分导线未画出)，下列说法正确的是(　B　)‎ A．a应与c相连接，b应与d相连接 B．电解一段时间，b与d两极析出物质的物质的量相等 C．电解一段时间，b极附近溶液的pH降低 D．电解过程中，Y池中Cu2＋的浓度始终不变 ‎[解析]　X池中Zn为负极，接Y池的纯铜，X池中Cu为正极，接Y池的粗铜，故A错误；b极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，d极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，所以电解一段时间后，b、d两极析出物质的物质的量相同，故B正确；b极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，电解后pH升高，故C错误；Y池中c极电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Cu－2e－===Cu2＋，d极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，故D错误。‎ ‎4．(2019·新题预选)用如图装置研究电化学原理，下列分析中错误的是(　D　)‎ 选项 连接 电极材料 分析 a b A K1K2‎ 石墨 铁 模拟铁的吸氧腐蚀 B K1K2‎ 锌 铁 模拟钢铁防护中牺牲阳极的阴极保护法 C K1K3‎ 石墨 铁 模拟电解饱和食盐水 D K1K3‎ 铁 石墨 模拟钢铁防护中外加电流的阴极保护法 ‎[解析]　在中性条件，铁作负极失电子，石墨作正极，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，则Fe发生吸氧腐蚀，故A正确；Zn、Fe形成原电池，Zn作负极被腐蚀，Fe作正极被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法，故B正确，Fe作阴极，阴极上氢离子得电子，石墨作阳极，阳极上氯离子失电子，电解氯化钠溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠，故C正确；Fe与正极相连，Fe作阳极，Fe失电子，被腐蚀，Fe不能被保护，故D错误。‎ ‎5．(2016·北京高考)用石墨电极完成下列电解实验。‎ 实验一 实验二 装置 现象 a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生；……‎ 下列对实验现象的解释或推测不合理的是(　B　)‎ A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋‎ D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜 ‎[解析]　a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子剩余造成的，故A正确；b处变红，局部褪色，说明是溶液中的氢氧根和氯离子同时放电，分别产生氧气和氯气，氢离子浓度增大，酸性增强，氯气与水反应生成的次氯酸具有漂白性，故B错误；c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，故C正确；实验一中a、c形成电解池，d、b形成电解池，所以实验二中相当于形成三个电解池(一个球两面为不同的两极)，m为电解池的阴极，另一球朝m的一面为阳极(n的背面)，相当于电镀，即m上有铜析出，故D项正确。‎ ‎6．(2019·辽宁大连期末)2017年4月26日，我国第一艘国产001A型航母顺利建成下水，有盐分的海水和空气会对舰体造成腐蚀，因此舰体的防腐处理非常重要。下列关于金属腐蚀和防腐的说法错误的是(　B　)‎ A．可以在舰体外壳装上锌块，用牺牲阳极的阴极保护法防止金属腐蚀 B．海上舰艇的腐蚀主要是金属的化学腐蚀 C．刷防锈漆，使金属与空气、水等物质隔离，可防止金属被腐蚀 D．外加电流，将需要保护的金属与电源的负极相连，可以起到保护金属的作用 ‎[解析]　在舰体外壳装上锌块，发生电化学腐蚀时，由于Zn的活泼性强于Fe，Zn作负极被腐蚀，而舰体作正极而受到保护，这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法，A正确；舰体浸在含盐分的海水中，由于海水呈弱碱性，则主要发生电化学腐蚀，即发生吸氧腐蚀，B错误；刷防锈漆，使金属与空气、水等物质隔离，阻断金属发生腐蚀的条件，可防止金属被腐蚀，C正确；将需要保护的金属与电源的负极相连，形成电解池，被保护会属作电解池的阴极，从而得到保护，D正确。‎ ‎7．(2019·山东平阴、商河等县区联考)如图所示，A、B、C、D均为石墨电极，E、F分别为短周期相邻两种活泼金属元素中的一种单质，且E能与NaOH浴液反应。按图示接通电路，反应一段时间。‎ ‎(1)甲池是__电解池___(填“原电池”或“电解池”)装置，电极A的名称是__阳极___。‎ ‎(2)C极为__阳极___(填“阴极”或“阳极”)，电极反应式为　2Cl－－2e－===Cl2↑ 　。‎ ‎(3)烧杯中溶液会变蓝的是__a___(填“a”或“b”)‎ ‎(4)F极的名称是__正极___，电极反应式为 ‎　 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 　。‎ ‎(5)甲池中总反应的离子方程式为 ‎　2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 　。‎ ‎[解析]　E、F分别为短周期相邻两种活泼金属元素中的一种单质，且E能与NaOH溶液反应，则E为Al，F为Mg。‎ ‎(1)Al、Mg、NaOH溶液组成的原电池中，Al失去电子被氧化生成AlO，则E(Al)电极为负极，F(Mg)电极为正极；甲池和中间U形管均形成电解池，根据电极的连接方式可知，电极A为阳极。‎ ‎(2)U形管是电解池装置，D极连接Al电极(负极)，作阴极，故电极C为阳极，Cl－在阳极上发生氧化反应生成Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。‎ ‎(3)电极C上Cl－发生氧化反应生成Cl2，Cl2通过导管进入淀粉－KI溶液，发生反应：2KI＋Cl2===2KCl＋I2，反应生成的I2使淀粉溶液变蓝，故a烧杯中溶液会变蓝。‎ ‎(4)F电极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。‎ ‎(5)甲池中A、B电极材料均为石墨，是惰性电极，电解CuSO4溶液时，阴极上Cu2＋放电生成Cu，阳极上OH－放电生成O2，故电池总反应为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。‎ B组　能力提升题 ‎8．(2019·河南中原名校联考)用石墨作电极电解0.1 mol·L－1的NaCl溶液，通电一段时间后发现两极收集的气体体积之比为4∶3(不考虑气体的溶解)，下列说法正确的是(　D　)‎ A．在电解后溶液中注入一定量的盐酸可以使溶液恢复到原始状态 B．在电解质溶液中通入标准状况下4.48 L的氯化氢气体并注入0.1 mol的水可以使溶液恢复到原始状态 C．阴极产生的气体的物质的量是阳极产生气体的物质的量的0.75倍 D．阳极产生的气体的平均摩尔质量为58 g/mol ‎[解析]　分析电解NaCl溶液过程。阴极产生Cl2阴极产生H2，而由得失电子守恒可知生成的Cl2和H2的体积应该相等，现两极收集的气体体积之比为4∶3，说明发生了过度电解，Cl－完全放电后OH－放电生成O2，假设电解过程中生成了a mol H2、b mol O2、c mol Cl2，则a∶(b＋c)＝4∶3，再由得失电子守恒可知：2a＝4b＋2c，解得：a＝4b＝2c，则可认为电解消耗的n(HCl)∶n(H2O)＝2∶1。当n(HCl)∶n(H2O)＝2∶1时，w(HCl)＝×100%≈80.2%，远大于浓盐酸的最大浓度，A错误；只能知道HCl与H2O对应的比值关系，但无法知道确定值，B错误：用阴极生成H2，阳极生成Cl2和O2，阳极产生的气体的物质的量是阴极产生气体的物质的量的0.75倍，C错误；由于n(Cl2)∶n(O2)＝c∶b＝2∶1，所以混合气体的平均摩尔质量＝ g/mol＝58 g/mol，D正确。‎ ‎9．(2019·试题调研)下列有关化学装置的说法正确的是(　A　)‎ A．用图1装置处理银器表面的黑斑(Ag2S)，银器表面发生的反应为Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－‎ B．用图2装置电解一段时间后，铜电极部分溶解，溶液中铜离子的浓度基本不变 C．图3装置中若直流电源的X极为负极，则该装置可实现粗铜的电解精炼 D．图4装置中若M溶液是海水，则该装置是通过“牺牲阳极的阴极保护法”防止铁被腐蚀 ‎[解析]　本题考查电化学知识，意在考查考生对电化学知识的应用能力及读图识图能力。题图1装置中，银器、铝与食盐水构成原电池，银器是正极，银器上的As2S发生还原反应生成银，A项正确；题图2装置中，铜电极是阴极，铜不参与电极反应，B项错误；题图3装置中若X极为负极，则粗铜是阴极，电解精炼铜时粗铜应作阳极，C项错误；题图4装置中，铁作阴极被保护，应是“外加电流的阴极保护法”，D项错误。‎ ‎10．(2019·河南洛阳质检)如图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列叙述正确的是(　C　)‎ A．放电时，负极反应为3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋‎ B．充电时，阳极反应为2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋‎ C．放电时，Na＋经过离子交换膜由b池移向a池 D．用该电池电解饱和食盐水，产生2.24 L H2时，b池生成17.40 g Na2S4‎ ‎[解析]　放电时，负极上Na2S2被氧化生成Na2S4，电极反应式为2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋，A错误；充电时，阳极上NaBr失电子被氧化生成NaBr3，电极反应式为3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋，B错误；放电时，阳离子向正极移动，故Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池，C正确；题目未指明2.24 L H2是否处于标准状况下，无法计算b池中生成Na2S4的质量，D错误。‎ ‎11．(2019·云南昆明调研)某研究小组设计如图所示装置处理pH为5～6的污水，下列说法中正确的是(　D　)‎ A．阳极的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋‎ B．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C．若阴极转移2 mol电子，则负极消耗5.6 L CH4‎ D．污水中最终会产生Fe(OH)3，吸附污物而形成沉淀 ‎[解析]　由图可知，乙池形成甲烷燃料电池，空气通入电极N，甲烷通入电极M，则电极M是负极，电极N是正极；C电极与电极M相连，Fe电极与电极N相连，则C电极是阴极，Fe电极为阳极，阳极电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A错误。甲烷燃料电池中电解质为熔融碳酸盐，O2在正极发生还原反应，则电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，B错误。负极上CH4发生氧化反应生成CO2，C元素由－4价升高到＋4价，据得失电子守恒可知，阴极转移2 mol电子，负极上消耗CH4的物质的量为0.25 mol，在标准状况下的体积为0.25 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L，题目未指明5.6 L CH4是否处于标准状况下，无法计算其物质的量，C错误。甲池中阳极上生成的Fe2＋易被氧化生成Fe3＋，阴极上产生H2‎ ‎，污水的酸性减弱，pH增大，Fe3＋转化生成的Fe(OH)3吸附污物而形成沉淀，D正确。‎ ‎12．(2019·黑龙江齐齐哈尔期末)如图所示装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入一块生铁块，放置一段时间。下列有关描述正确的是(　C　)‎ A．生铁块中的碳是原电池的负极 B．红墨水柱两边的液面变为左低右高 C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋‎ D．a试管中发生了析氢腐蚀，b试管中发生了吸氧腐蚀 ‎[解析]　生铁是铁、碳合金，发生腐蚀时形成原电池，碳是原电池的正极，A错误。a试管中盛有食盐水，生铁块发生吸氧腐蚀，正极发生的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，反应中消耗O2，a试管内气体压强减小；b试管中盛有氯化铵溶液，由于NH发生水解反应而使溶液呈酸性，生铁块发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，反应中生成H2，b试管内气体压强增大，红墨水右侧压强大于左侧压强，故两边的液面出现左高右低，B错误。生铁块发生吸氧腐蚀或析氢腐蚀时，Fe均作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，C正确。由B项分析可知，a试管中发生吸氧腐蚀，b试管中发生析氢腐蚀，D错误。‎ ‎13．(2019·福建师大附中期末)某同学做如下实验：‎ 装置 现象 电流计指针未发生偏转 电流计指针发生偏转 下列说法正确的是(　C　)‎ A．“电流计指针未发生偏转”，说明铁片Ⅰ、铁片Ⅱ均未发生任何腐蚀 B．铁片Ⅳ的电极反应式可能为Fe－3e－===Fe3＋‎ C．用K3[Fe(CN)6]溶液检验铁片Ⅲ、Ⅳ附近溶液，可判断装置的正、负极 D．铁片Ⅰ、Ⅲ所处的电解质溶液浓度相同，所以二者的腐蚀速率相等 ‎[解析]　铁片Ⅰ、Ⅱ均被腐蚀，“电流计指针未发生偏转”的原因是两溶液中c(NaCl)相等，腐蚀速率相等，则电流计指针未发生偏转，A错误。“电流计指针发生偏转”说明发生了电化学腐蚀，故铁片Ⅳ的电极反应式可能为Fe－2e－===Fe2＋，B错误。用K3[Fe(CN)6]‎ 溶液检验铁片Ⅲ、Ⅳ附近溶液中是否存在Fe2＋，进一步判断该电池的正、负极，C正确。铁片Ⅰ、Ⅲ所处的电解质溶液浓度相同，但第二个装置中明显产生电流，故铁片Ⅲ的腐蚀速率比铁片Ⅰ的腐蚀速率快，D错误。‎ ‎14．(2019·山东青岛模拟)下列说法不正确的是(　C　)‎ A．钢铁表面水膜的酸性很弱或呈中性，发生吸氧腐蚀 B．钢铁表面水膜的酸性较强，发生析氢腐蚀 C．将锌板换成铜板对钢闸门保护效果更好 D．钢闸门作为阴极而受到保护 ‎[解析]　当钢铁表面的水膜酸性很弱或显中性时，铁在负极放电，氧气在正极上放电，发生的是钢铁的吸氧腐蚀，A正确；当钢铁表面的水膜酸性较强时，铁在负极放电，水膜中的氢离子在正极放电生成氢气，发生的是析氢腐蚀，B正确；在原电池中，正极被保护，当将锌板换成铜板后，铜作正极被保护，钢闸门作负极被腐蚀，起不到对钢闸门的保护作用，C错误；在电解池中，阴极被保护，故要保护钢闸门，就要将钢闸门与电池负极相连接作电解池的阴极，D正确。‎ ‎15．如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O。下列关于该电池工作时的说法正确的是(　C　)‎ A．甲池中负极反应为N2H4－4e－===N2↑＋4H＋‎ B．甲池溶液pH不变，乙池溶液pH减小 C．反应一段时间后，向乙池中加一定量CuO固体，能使CuSO4溶液恢复到原浓度 D．甲池中消耗2.24 L O2，乙池中理论上最多产生12.8 g固体 ‎[解析]　甲池为原电池，对应的电极反应式：正极为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，负极为N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O，故A错误；甲池中因反应生成水使溶液pH减小，乙池中因反应生成酸使溶液pH减小，故B错误；乙池为电解池，由于CuSO4过量，故其电解总反应的离子方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑，两极析出的分别是Cu和O2，因而加一定量CuO后溶液能够复原，故C正确；选项中没说明是否是标准状况，所以气体的物质的量无法计算，则乙中生成的固体的质量也无法计算，故D错误。‎ ‎16．(1)(2018·天津理综)CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题：‎ O2辅助的Al－CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。‎ 电池的负极反应式：　Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋) 　。‎ 电池的正极反应式：6O2＋6e－===6O；6CO2＋6O===3C2O＋6O2。‎ 反应过程中O2的作用是__催化剂___。‎ 该电池的总反应式：　2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3 　。‎ ‎(2)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。‎ ‎①X极与电源的__正___(填“正”或“负”)极相连，氢气从__C___(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__阴离子___(填“阴离子”或“阳离子”，下同)交换膜，N为__阳离子___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：　H2－2e－＋2OH－===2H2O 　。‎ ‎④若在标准状况下，制得11.2 L氢气，则生成硫酸的质量是__49_g___，转移的电子数为__6.02×1023___。‎ ‎(3)(2019·阳泉模拟)如图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题：‎ ‎①电源中X极是__负___(填“正”或“负”)极。‎ ‎②通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝__0.025_mol·L－1___。‎ ‎③若A中KCl溶液的体积也是200 mL，常温下，电解后溶液中仍有Cl－，则电解后溶液的pH＝__13___。‎ ‎[解析]　(1)O2辅助的Al－CO2电池中，Al是活泼金属，作负极，发生氧化反应，电极反应式为Al－3e－===Al3＋。由电池的正极反应式可知，O2先生成O，O与CO2反应生成C2O和O2，据此推测，该过程中O2的作用是催化剂。根据正、负极反应式及得失电子守恒得电池的总反应式为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。‎ ‎(2)略。‎ ‎(3)①铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X为负极。‎ ‎②C中铜极增重2.16 g，即析出0.02 mol Ag，线路中通过0.02 mol电子；由4e－～O2可知，B中产生的O2只有0.005 mol，即112 mL；但B中共收集到224 mL气体，说明还有112 mL是H2，即Cu2＋全部在阴极放电后，H＋接着放电产生了112 mL H2，则通过0.01 ‎ mol电子时，Cu2＋已被电解完；由2e－～Cu，可知n(Cu2＋)＝0.005 mol，则c(CuSO4)＝＝0.025 mol·L－1。‎ ‎③由4e－～4OH－知，A中生成0.02 mol OH－，则c(OH－)＝0.1 mol·L－1，pH＝13。‎