2020届高考化学一轮复习电解池　金属的电化学腐蚀与防护作业

2020届高考化学一轮复习电解池　金属的电化学腐蚀与防护作业

第3讲　电解池　金属的电化学腐蚀与防护 A组　基础题组 ‎1.用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液,电解一段时间后,再加入W,能使溶液恢复到电解前的状态,符合题意的一组是(　　)‎ X Y Z W A C Fe NaCl H2O B Pt Cu CuSO4‎ Cu(OH)2‎ C C C H2SO4‎ H2O D Ag Fe AgNO3‎ AgNO3晶体 答案　C　以Fe和C为电极,电解氯化钠溶液,阳极氯离子放电,阴极氢离子放电,通电一段时间后为氢氧化钠溶液,减少的是氯化氢,故A错误;以Pt和Cu为电极,电解硫酸铜溶液,阳极氢氧根离子放电,放出氧气,阴极铜离子放电析出铜,减少的是铜和氧元素,需要加入氧化铜恢复浓度,故B错误;以C为电极,电解硫酸溶液,阳极氢氧根离子放电,阴极氢离子放电,相当于电解水,通电一段时间后仍为硫酸溶液,可以加水让溶液复原,故C正确;以Ag和Fe为电极,电解AgNO3溶液,阳极银放电,阴极银离子放电,相当于电镀,通电一段时间后仍为AgNO3溶液,且浓度不变,不需要加AgNO3固体恢复原样,故D错误。‎ ‎2.(2018云南腾冲高三期末)某蓄电池放电、充电时的反应为Fe+Ni2O3+3H2O Fe(OH)2+2Ni(OH)2,下列推断中正确的是(　　)‎ A.放电时,Fe为正极,Ni2O3为负极 B.充电时,阴极上的电极反应式是Fe(OH)2+2e-+2H+ Fe+2H2O C.充电时,Ni(OH)2为阳极,发生还原反应 D.该蓄电池的电极是浸在某种碱性电解质溶液中 答案　D　放电时为原电池,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,反应中Fe失去电子,为负极,Ni2O3获得电子,为正极,故A错误;充电时为电解池,阴极发生还原反应,Fe(OH)2在阴极获得电子,阴极上的电极反应式是Fe(OH)2+2e- Fe+2OH-,故B错误;充电时为电解池,阳极发生氧化反应,Ni(OH)2发生氧化反应,为阳极,故C错误;Fe(OH)2、Ni(OH)2只能存在于碱性溶液中,在酸性条件下不能存在,故电解质溶液必须是碱性溶液,故D正确。‎ ‎3.四个电解装置都以Pt作电极,它们分别盛有如下电解质溶液进行电解,电解一段时间后,测定其pH变化,所记录的结果正确的是(　　)‎ 选项 A B C D 电解质溶液 HCl溶液 AgNO3溶液 KOH溶液 BaCl2溶液 pH变化 减小 增大 增大 不变 答案　C　电解盐酸,溶质HCl的量会减少,溶剂的量不变,所以酸性减弱,pH增大,故A错误;电解硝酸银溶液生成硝酸、金属银和氧气,溶液酸性增强,pH减小,故B错误;电解氢氧化钾溶液的实质是电解水,溶质的量不变,溶剂的量减少,碱性增强,pH增大,故C正确;电解氯化钡溶液得到的是氢氧化钡、氢气和氯气,溶液碱性增强,pH增大,故D错误。‎ ‎4.(2018山东潍坊三模)我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀,防护原理如图所示。下列说法中错误的是(　　)‎ A.通电时,锌环是阳极,发生氧化反应 B.通电时,阴极上的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-‎ C.断电时,锌环上的电极反应式为Zn2++2e-Zn D.断电时,仍能防止铁帽被腐蚀 答案　C　通电时,锌环连接电源正极,作阳极,发生氧化反应,A正确;阴极上溶液中的氢离子得电子,所以发生的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,B正确;断电时发生原电池反应,锌环失电子作负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,C错误;断电时锌作负极,属于牺牲阳极的阴极保护法,D正确。‎ ‎5.CuI是一种不溶于水的白色固体,它可由反应2Cu2++4I-2CuI↓+I2得到。现以石墨为阴极,以Cu为阳极电解KI溶液,通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。电解开始后不久阴极区溶液呈红色,而阳极区溶液呈蓝色,对这些现象的解释正确的是(　　)‎ ‎①阴极:2H2O+2e-H2↑+2OH-,c(OH-)>c(H+)‎ ‎②阳极:2H2O-4e-4H++O2↑,O2将I-氧化为I2,I2遇淀粉溶液变蓝 ‎③阳极:2I--2e-I2,I2遇淀粉溶液变蓝 ‎④阳极:2Cu-4e-+4I-2CuI+I2,I2遇淀粉溶液变蓝 ‎　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 ‎ A.①② B.①③ C.①④ D.③④‎ 答案　C　以石墨为阴极,Cu为阳极电解KI溶液,通电后溶液中的H+、K+移向阴极,在阴极H+得电子被还原,故①正确;I-和OH-移向阳极,阳极Cu失电子产生Cu2+,由信息反应可知2Cu2++4I-2CuI↓+I2,I2遇淀粉溶液变蓝,故④正确。‎ ‎6.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(　　)‎ 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减小 D.电解过程中,Y池中Cu2+的浓度始终不变 答案　B　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↑,电解一段时间后b极附近溶液pH增大,故C错误;粗铜中含有锌、铁、镍等杂质,电解过程中Y池中Cu2+浓度减小,故D错误。‎ ‎7.(2019安徽合肥高三调研)甲图为一种新型污水处理装置,该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能,乙图是用惰性电极电解饱和食盐水制消毒液的发生器。关于甲、乙的说法不正确的是(　　)‎ A.装置甲的X极要与装置乙中的a极连接 B.装置乙中b极的电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑‎ C.当N极消耗1 mol气体时,有2 mol H+通过离子交换膜 D.若有机废水中主要含有淀粉,则装置甲中M极反应为(C6H10O5)n+7nH2O-24ne- 6nCO2↑+24nH+‎ 答案　C　由题图甲分析得出M(或X)为负极,N(或Y)为正极;由图乙分析得出a为阴极,b为阳极。乙的a极要与甲的X极相连接,选项A正确;乙的b极为阳极,氯离子放电,选项B正确;氧气在N电极得到电子,电极反应式为O2+4H++4e- 2H2O,故当N极消耗1 mol气体时,有4 mol H+通过离子交换膜,选项C不正确;因图甲中传递的是质子,淀粉在M极放电,故电极反应式为(C6H10O5)n+7nH2O-24ne- 6nCO2↑+24nH+,选项D正确。‎ ‎8.某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下),模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知:在直流电源的作用下,双极膜内中间界面层中的水发生电离,生成H+和OH-。下列说法错误的是(　　)‎ A.电极a连接电源的正极 B.B为阳离子交换膜 C.电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生 D.Ⅱ口排出的是淡水 答案　B　根据题干信息确定该装置为电解池,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动,所以电极a为阳极,连接电源的正极,A正确;水在双极膜A内电离后,氢离子吸引阴离子透过B膜到B膜左侧形成酸,B为阴离子交换膜,B错误;电解质溶液采用Na2SO4溶液,电解时生成氢气和氧气,可避免有害气体的产生,C正确;海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动,淡水从Ⅱ口排出,D正确。‎ ‎9.如下图所示,将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中。‎ ‎(1)闭合K2,该装置为电解装置,则:‎ ‎①阴极反应式:　。 ‎ ‎②阳极反应式:　, ‎ 如何通过实验检验该电极产物? ‎ ‎　。 ‎ ‎③总反应的化学方程式:　。 ‎ ‎(2)闭合K2,电解一段时间后,如何操作才能使电解液恢复到电解前的状态?　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)闭合K1,铁棒上发生的电极反应是　, ‎ 此时石墨棒周围溶液pH如何变化?　　　　。 ‎ ‎(4)闭合K2,电路中通过0.002NA个电子时,两极共产生气体的物质的量是　　　　。 ‎ 答案　(1)①2H++2e-H2↑　②2Cl--2e-Cl2↑‎ 将湿润的KI-淀粉试纸置于U形管右侧管口,若试纸变蓝,说明产生的气体是Cl2　③2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑‎ ‎(2)通入HCl气体 ‎(3)Fe-2e-Fe2+　增大 ‎(4)0.002 mol ‎10.某课外小组分别用如图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究。请回答:‎ Ⅰ.用图 1 所示装置进行第一组实验。‎ ‎(1)在保证电极反应不变的情况下,不能替代 Cu 作电极的是　　　　(填字母序号)。 ‎ A.石墨　　B.铝　　C.铂　　D.银 ‎(2)N 极发生反应的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ Ⅱ.用图 2 所示装置进行第二组实验。实验过程中,观察到与第一组实验不同的现象:两极均有气体产生,Y极区溶液逐渐变成紫红色;停止实验,铁电极明显变细,电解液仍然澄清。查阅资料得知,高铁酸根离子(FeO‎4‎‎2-‎)在溶液中呈紫红色。‎ ‎(3)电解过程中,X 极区溶液的 pH　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 ‎ ‎(4)电解过程中,Y 极发生的电极反应之一为 Fe-6e-+8OH- FeO‎4‎‎2-‎+4H2O。若在 X 极收集到672 mL 气体,在 Y 极收集到 168 mL 气体(均已折算为标准状况时气体体积),则Y电极(铁电极)质量减少　g。 ‎ ‎(5)在碱性锌电池中,用高铁酸钾作为正极材料,电池反应为2K2FeO4+3Zn Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2。该电池负极发生的反应的电极反应式为 ‎ ‎　　　　　　　　。 ‎ 答案　(1)B ‎(2)2H2O+2e- H2↑+2OH-‎ ‎(3)增大 ‎(4)0.28‎ ‎(5)3Zn-6e-+10OH- ZnO+2ZnO‎2‎‎2-‎+5H2O 解析　(1)在保证电极反应不变的情况下,正极材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属,铝是比锌活泼的金属,所以不能代替铜,故选B。‎ ‎(2)N电极连接原电池负极,所以是电解池阴极,阴极上氢离子得电子发生还原反应,电极反应式为2H++2e- H2↑或2H2O+2e- H2↑+2OH-。‎ ‎(3)电解过程中,阴极上氢离子放电生成氢气,则阴极附近氢氧根离子浓度变大,溶液的pH增大。‎ ‎(4)X电极上析出的是氢气,Y电极上析出的是氧气,且Y电极失电子进入溶液,设铁质量减少为x g,根据转移电子数相等得‎0.672 L‎22.4 L/mol×2=‎0.168 L‎22.4 L/mol×4+xg‎56 g/mol×6,解得x=0.28。‎ ‎(5)正极上高铁酸根离子得电子发生还原反应,电极反应式为2FeO‎4‎‎2-‎+6e-+5H2O Fe2O3+10OH-,负极上锌失去电子发生氧化反应,电极反应式为3Zn-6e-+10OH- ZnO+2ZnO‎2‎‎2-‎+5H2O。‎ B组　提升题组 ‎11.(2018北京理综,12,6分)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。‎ ‎　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 ‎ ‎①‎ ‎②‎ ‎③‎ 在Fe表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确的是(　　)‎ A.对比②③,可以判定Zn保护了Fe B.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化 C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法 D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼 答案　D　在①中,若将Zn换成Cu,此时Fe作负极,其周围必然会出现Fe2+,Fe2+遇K3[Fe(CN)6]会出现蓝色沉淀,与原来①的实验现象相同,也就是说,在①中无论与Fe连接的金属活动性如何,实验现象都是一样的,所以用①的方法无法判断Fe与Cu的活泼性强弱。‎ ‎12.某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小组利用设计的电解分离装置(如图),使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液,并回收利用。回答Ⅰ和Ⅱ中的问题。‎ Ⅰ.固体混合物的分离和利用(流程图中的部分分离操作和反应条件未标明)‎ ‎(1)反应①所加试剂NaOH的电子式为　　　　　　,B→C的反应条件为　　　　,C→Al的制备方法称为　　　　。 ‎ ‎(2)该小组探究反应②发生的条件。D与浓盐酸混合,不加热,无变化;加热有Cl2生成,当反应停止后,固体有剩余,此时滴加硫酸,又产生Cl2。由此判断影响该反应有效进行的因素有(填序号)　　　。 ‎ a.温度　　　　b.Cl-的浓度　　　　c.溶液的酸度 ‎(3)0.1 mol Cl2与焦炭、TiO2完全反应,生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物,放热4.28 kJ,该反应的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ Ⅱ.含铬元素溶液的分离和利用 ‎(4)用惰性电极电解时,CrO‎4‎‎2-‎能从浆液中分离出来的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,分离后含铬元素的粒子是　　　　　;阴极室生成的物质为　　　　　　　(写化学式)。 ‎ 答案　(1)Na+[··O‎··‎‎··‎··H]-　加热(或煅烧)　电解法 ‎(2)ac ‎(3)2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s) TiCl4(l)+2CO(g)ΔH=‎ ‎-85.6 kJ·mol-1‎ ‎(4)在直流电源作用下,CrO‎4‎‎2-‎通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液　CrO‎4‎‎2-‎和Cr2O‎7‎‎2-‎　NaOH和H2‎ 解析　本题考查电子式的书写、热化学方程式的书写、电解原理及其应用等。‎ ‎(1)NaOH是离子化合物,其电子式为Na+[··O‎··‎‎··‎··H]-;固体混合物中含有Al(OH)3和MnO2,加入NaOH溶液,Al(OH)3转化为易溶于水的NaAlO2,MnO2不能溶于NaOH溶液,故固体D为MnO2,溶液A中含有NaAlO2,向溶液A中通入CO2后生成的沉淀B为Al(OH)3,Al(OH)3受热分解生成Al2O3(固体C),工业上常用电解熔融的Al2O3制备金属铝。‎ ‎(2)固体D为MnO2。MnO2与浓盐酸混合,不加热无变化,加热有Cl2生成,说明该反应能否有效进行与温度有关;反应停止后,固体有剩余,滴加硫酸又产生Cl2,说明该反应能否有效进行与溶液的酸度有关。‎ ‎(3)通过分析可知反应生成的还原性气体为CO,易水解成TiO2·xH2O的液态化合物为TiCl4,故反应的热化学方程式为2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s) TiCl4(l)+2CO(g)ΔH=‎ ‎-85.6 kJ·mol-1。‎ ‎(4)依据离子交换膜的性质和电解池的工作原理知,在直流电场作用下,CrO‎4‎‎2-‎通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液;在电解过程中,OH-在阳极室失去电子生成O2,溶液的酸性增强,通过阴离子交换膜移向阳极室的CrO‎4‎‎2-‎有部分转化为Cr2O‎7‎‎2-‎,故分离后含铬元素的粒子是CrO‎4‎‎2-‎和Cr2O‎7‎‎2-‎;H+在阴极室得到电子生成H2,溶液中的OH-浓度增大,混合物浆液中的Na+通过阳离子交换膜移向阴极室,故阴极室生成的物质为NaOH和H2。‎