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河北省衡水市景县梁集中学2015年度高三复习课时提升作业（二十八）电解池金属的电化学腐蚀与防护 (45分钟100分)一、选择题(本题包括10小题,每小题6分,共60分)1.(2013无锡模拟)用石墨作电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后,欲使电解液恢复到起始状态,应向溶液中加入适量的()A.CuSO4B.H2OC.CuOD.CuSO45H2O2.以硫酸铜溶液作电解液,对含有杂质Fe、Zn、Ag的粗铜进行电解精炼。下列叙述正确的是()粗铜与直流电源负极相连阴极发生的反应为Cu2+2e-=Cu电路中每通过3.011023个电子,得到的精铜质量为16 g杂质Ag以Ag2SO4的形式沉入电解槽形成阳极泥A.B.C.D.3.(2014镇江模拟)按如图所示装置进行下列不同的操作,说法不正确的是()A.铁腐蚀的速率由大到小的顺序是:只闭合K1只闭合K3都断开只闭合K2B.只接通K1,一段时间后,U形管中出现白色沉淀C.只接通K2,U形管左、右两端液面均下降D.若只接通K1,一段时间后,漏斗中液面上升;若只接通K2,漏斗液面下降4.(2014蚌埠模拟)高铁酸盐在能源、环境保护等方面有着广泛的用途,可以用电解法制高铁酸盐(已知高铁酸盐在酸性条件下不稳定),总反应式为Fe+2H2O+2OH-3H2+FeO42-。下列说法正确的是()A.铁为阳极,H2SO4为电解液B.铁为阴极,浓NaOH为电解液C.阳极发生的电极反应为Fe+8OH-3e-=4H2O+FeO42-D.标准状况下,铁失去3 mol电子可以在阴极得到33.6 L氢气5.如图中,两电极上发生的电极反应如下:a极:Cu2+ 2e-=Cu;b极:Fe-2e-=Fe2+,则以下说法中不正确的是()A.该装置一定是原电池B.a极上一定发生还原反应C.a、b可以是同种电极材料D.该过程中能量的转换可以是电能转化为化学能6.(2014衡水模拟)高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍(Ni)、铁做电极电解浓NaOH溶液制备高铁酸盐Na2FeO4的装置如图所示。下列推断合理的是()A.铁是阳极,电极反应为Fe-6e-+4H2O=FeO42-+8H+B.镍电极上的电极反应为2H+2e-=H2C.若隔膜为阴离子交换膜,则OH-自右向左移动D.电解时阳极区pH降低、阴极区pH升高,最终溶液pH不变7.21世纪是钛的世纪。在8001 000时电解熔融TiO2可制得钛,装置如图所示。下列叙述正确的是()A.a为电源的正极B.石墨电极上发生还原反应C.阴极发生的反应为TiO2+4e-=Ti+2O2-D.每生成0.1 mol钛,转移电子0.2 mol8.(2014广安模拟)推销净水器的商人用自来水做电解实验,一段时间后两极间产生灰绿色沉淀,并很快变成红褐色,然后用净水器净化后的水做电解实验,两极上只有气体产生,水中并无沉淀,用以证明自来水很“脏”。人们将自来水送检,却是合格的,下列有关说法合理的是()A.商人电解自来水时,用石墨作阳极;电解净化水时,用铁作阳极B.电解自来水时,阴极反应式:O2+2H2O+4e-=4OH-C.电解净化水时,a、b两极的pH变化如图2所示D.电解自来水实验中,若阴极产生气体为3.36 L(标准状况),则阳极质量减小5.6 g9.如图所示,将铁棒和石墨棒插入1 L 1 molL-1食盐水中。下列说法正确的是()A.若电键K与N连接,铁被保护不会腐蚀B.若电键K与N连接,正极反应式是4OH-4e-=2H2O+O2C.若电键K与M连接,将石墨棒换成铜棒,可实现铁棒上镀铜D.若电键K与M连接,当两极共产生28 L(标准状况)气体时,生成了1 mol NaOH10.(能力挑战题)(2013重庆模拟)下面两套实验装置,都涉及金属的腐蚀反应,假设其中的金属块和金属丝都是足量的。下列叙述正确的是()A.装置在反应过程中自始至终只生成红棕色气体B.装置开始阶段铁丝只发生析氢腐蚀C.装置在反应过程中能产生氢气D.装置在反应结束时溶液中的金属阳离子只有Cu2+二、非选择题(本题包括3小题,共40分)11.(12分)下图为相互串联的甲、乙两个电解池。试回答:(1)若甲池利用电解原理在铁上镀银,则A是、(依次填电极材料和电极名称),电极反应是_;B是、(依次填电极材料和电极名称),电极反应是_;应选用的电解质溶液是_。(2)若甲池阴极增重43.2 g且乙池中阴极上一直都有气体产生,则乙池中阴极上放出的气体在标准状况下的体积是_L。12.(14分)(2014九江模拟)(1)某课外活动小组同学用如图1装置进行实验,试回答下列问题:若开始时开关K与a连接,则铁发生电化学腐蚀中的腐蚀。若开始时开关K与b连接,则总反应的离子方程式为_。(2)芒硝化学式为Na2SO410H2O,无色晶体,易溶于水,是一种分布很广泛的硫酸盐矿物。该小组同学设想,如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,用上图2所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠,无论从节省能源还是从提高原料的利用率而言都更加符合绿色化学理念。该电解槽的阳极反应式为_。此时通过阴离子交换膜的离子数(填“大于”“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。制得的氢氧化钠溶液从出口(填“A”“B”“C”或“D”)导出。通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因:_。若将制得的氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池,则电池负极的电极反应式为_。已知H2的燃烧热H=-285.8 kJmol-1,则该燃料电池工作产生36 g液态H2O时,理论上有kJ的能量转化为电能。13.(14分)(能力挑战题)(2013青岛模拟)钢铁工业是国家工业的基础,钢铁生锈现象却随处可见,为此每年国家损失大量资金。请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。(1)钢铁的电化学腐蚀原理如图所示。写出石墨电极的电极反应式:_。将该装置作简单修改即可成为钢铁电化学防护的装置,请在图中虚线框内所示位置作出修改,并用箭头标出导线中电子流动方向。写出修改后石墨电极的电极反应式:_。(2)生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中,当铁锈被除尽后,溶液中发生的化合反应的化学方程式为_。(3)防止钢铁腐蚀可以延长钢铁制品的使用寿命。在钢铁制品表面镀铜可以有效地防止其腐蚀,电镀的装置如图所示:电镀装置图的“直流电源”中,(填“a”或“b”)是正极。Fe电极反应式为_。接通电源前,装置图中的铜、铁两个电极质量相等,电镀完成后,将两个电极取出,用蒸馏水小心冲洗干净、烘干,然后称量,二者质量之差为5.12 g,由此计算电镀过程中电路中通过电子的物质的量为_。上述铁镀件破损后,铁更容易被腐蚀。请简要说明镀铜铁镀件破损后,铁更容易被腐蚀的原因:_,由此可推知镀(填一种金属)铁镀件在破损时铁不易被腐蚀。答案解析1.【解析】选C。由硫酸铜溶液的电解方程式:2CuSO4+2H2O2Cu+O2+2H2SO4可知,加入CuO才可与生成的H2SO4反应生成CuSO4而使电解液恢复到起始状态,故C正确。【误区警示】恢复电解质溶液时容易只注意溶质成分,而忽略了溶液浓度。用惰性电极电解电解质溶液时,若使电解后的溶液恢复原状态,一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。如电解CuSO4溶液,因从溶液中减少的是Cu和O2,且为21,相当于减少了CuO,所以恢复应加CuO,加1 mol Cu(OH)2则多加1 mol H2O;如果需要加Cu(OH)2才能恢复,说明CuSO4电解质电解完后还电解了水,且CuO和H2O为11。2.【解题指南】解答本题时需掌握:“活成离子弱成泥,离子浓度要减小”在电解精炼的过程中,比精炼金属活泼的金属,会以离子形式留在溶液中,而活泼性比精炼金属弱的,会变成阳极泥,所以,溶液中精炼金属离子的浓度会减小。【解析】选D。粗铜作阳极,与直流电源正极相连;杂质Ag以单质形式形成阳极泥;每通过2 mol电子时,得到精铜质量为64 g,通过3.011023个电子,即0.5 mol电子,得到的精铜为16 g,对。3.【解析】选D。只闭合K1,铁棒作阳极电解NaCl溶液,Fe失电子生成Fe2+,H+在阴极得电子生成H2,从而使溶液中产生较多OH-,二者扩散到U形管底部相遇生成白色Fe(OH)2沉淀,B项正确;只接通K2,铁棒作阴极,不能失电子,此时相当于惰性电极,该极上生成H2,石墨电极上生成Cl2,C项正确;综上分析只接通K1铁腐蚀最快,只闭合K3,形成原电池,铁腐蚀的速率次之,都断开时铁自然腐蚀,而只接通K2时铁棒作阴极被保护,腐蚀速率最慢,A项正确。4.【解析】选D。由反应式知铁为阳极,浓NaOH为电解液,故A、B项均错误;Fe在反应中失去6个电子,故C项错误;铁失去3 mol电子可以在阴极得到1.5 mol氢气,标准状况下为33.6 L,D项正确。5.【解析】选A。A项该装置不一定是原电池,可以是原电池也可以是电解池;B项根据已知条件,a极上发生Cu2+ 2e-=Cu反应,一定是还原反应;C项a、b可以是同种电极材料,如用铁电极电解硫酸铜溶液;D项该过程中能量的转换可以是电能转化为化学能,也可以是化学能转化为电能。【误区警示】该题容易通过反应:Cu2+ Fe=Fe2+ Cu误判该装置为原电池。单从两极的反应上不能判定该装置是原电池还是电解池,两种可能都有。两电极的材料也容易误判,可以是同种材料。6.【解析】选B。A选项,Fe与电源的正极相连,故Fe为阳极,阳极发生氧化反应,因电解质溶液呈碱性,故不能得到H+,正确的阳极反应式为Fe-6e-+8OH-=FeO42-+4H2O;B选项,Ni电极为阴极,在阴极,水电离出的H+发生还原反应生成H2;C选项,由电极反应式知OH-由左(阴极)向右(阳极)移动;D选项,阳极区消耗OH-,pH减小,阴极区生成OH-,pH增大,由总反应式:Fe+2OH-+2H2O=FeO42-+3H2可知,整个溶液碱性减小,pH减小。7.【解析】选C。由O2-移动方向可知b为电源正极,A错;b为电源正极,石墨电极上发生氧化反应,B错;D项每生成0.1 mol钛,转移电子0.4 mol,错误。8.【解析】选C。商人电解自来水时,用铁作阳极,铁失电子成为Fe2+,在阴极,水中的H+得电子成为氢气,破坏了水的电离平衡生成了OH-,Fe2+与OH-生成氢氧化亚铁,氢氧化亚铁很快被氧化为氢氧化铁,故两极间产生灰绿色沉淀,并很快变成红褐色。商人电解净化水时,用石墨作阳极,阳极(b极)电极反应为4OH-4e-=2H2O+O2,阳极区c(H+)增大,pH降低,阴极(a极)电极反应为2H+2e-=H2,阴极区c(OH-)增大,pH升高,故两极上只有气体产生,水中并无沉淀。故A、B项错误,C项正确。电解自来水实验中,若阴极产生气体(H2)为3.36 L(标准状况),则转移的电子的物质的量为3.36 L22.4 Lmol-12=0.3 mol,阳极铁失电子成为Fe2+,质量减小0.3mol256 gmol-1=8.4 g,D项错误。9.【解析】选D。A项,若电键K与N连接,则形成原电池,铁作负极,被腐蚀,不正确;B项,若电键K与N连接,正极发生还原反应,电极反应式是2H2O+O2+4e-=4OH-,不正确;C项,若电键K与M连接,将石墨棒换成铜棒,则形成电解池,若要在铁棒上镀铜,电解质溶液不能用食盐水,而应用硫酸铜溶液,故不正确;D项,若电键K与M连接,则为电解食盐水,根据反应方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl22 244.81 mol x V解得x=1 mol,V=22.4 L,即1 mol氯化钠全部被电解完,产生1 mol氢氧化钠和22.4 L的H2、Cl2的混合气体,而现在产生气体为28 L,表明电解完氯化钠后继续电解水,但生成氢氧化钠的量不变,即生成了1 mol NaOH,D项正确。【误区警示】该题D项中NaCl完全电解后生成22.4 L气体和1 mol NaOH,再继续电解水时,气体增加但NaOH不变,若依据28 L气体进行计算则得不出正确结果,而认为D项错。10.【解题指南】正确解答本题,需明确以下两点:(1)浓硝酸随着反应的进行会变稀,发生的反应会改变;(2)硫酸不具有挥发性,故装置左侧开始时发生的是吸氧腐蚀。【解析】选C。装置形成原电池,铜作负极、铁作正极,反应的实质是铜与浓硝酸发生氧化还原反应,开始生成二氧化氮,硝酸变稀后生成一氧化氮;浓硝酸变稀后,铁和铜两个电极转换,溶液中会有亚铁离子生成;装置开始发生的是吸氧腐蚀,铁、氧气和水反应生成铁锈,氧气消耗后压强变小左边液面上升,接触后发生化学腐蚀,有氢气放出。【加固训练】某课外活动小组,为研究金属的腐蚀和防护的原理,做了以下实验:将剪下的一块镀锌铁片,放入锥形瓶中,并滴入少量食盐水将其浸湿,再加数滴酚酞试液,按如图所示的装置进行实验,过一段时间后观察。下列现象不可能出现的是()A.B中导气管产生气泡B.B中导气管里形成一段水柱C.金属片剪口变红D.锌被腐蚀【解析】选A。该题思考的切入点是铁-锌-NaCl溶液构成原电池,由于溶液显中性,锌又比铁活泼,只能是锌作负极,铁作正极,在负极上发生Zn-2e-=Zn2+,正极:O2+2H2O+4e-=4OH-,所以在A中由于其中的氧气作氧化剂而使锥形瓶内气体的量减小,导致B中的水沿导气管进入而使导气管里形成一段水柱,同时锌被腐蚀,金属片上由于O2得到电子,使金属片剪口处溶液c(OH-)增大,使得溶液显碱性,遇到酚酞试液而变红,故综合以上分析应选A。11.【解题指南】解答本题时应注意以下两点:(1)电镀池的连接方式。(2)串联电路的特点:在相同时间内通过各电极的电量相等。【解析】(1)电镀时镀件作阴极、镀层金属作阳极、含有镀层金属的可溶性盐溶液作电镀液,故铁作阴极、银作阳极、电镀液为硝酸银溶液。(2)甲池中阴极反应为Ag+e-=Ag,当阴极增重43.2 g时,析出Ag的物质的量为0.4 mol,则转移电子的物质的量也为0.4 mol。乙池中阴极反应式为2H+2e-=H2,根据电子守恒,析出氢气为0.2 mol,在标准状况下体积为4.48 L。答案:(1)铁阴极Ag+e-=Ag银阳极Ag-e-=Ag+AgNO3(2)4.4812.【解析】(1)开关K与a连接,形成原电池,由于电解质溶液为饱和食盐水,铁发生吸氧腐蚀。开关K与b连接,为石墨作阳极电解饱和食盐水,总反应的离子方程式为2Cl-+2H2O2OH-+Cl2+H2。(2)该电解槽中阳极为OH-放电,电极反应式为4OH-4e-=2H2O+O2。阳极OH-放电,因此SO42-向阳极迁移,阴极H+放电,因此Na+向阴极迁移,显然通过相同电量时,通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数。NaOH在阴极产生,因此从出口D导出。通电开始后,阴极上H+放电,促进水的电离,OH-浓度增大,因此pH增大。碱性氢氧燃料电池中负极为H2放电,电极反应式为H2-2e-+2OH-=2H2O。该电池的总反应式为2H2+O2=2H2O,由于H2(g)+12O2