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電解池　金屬的電化學腐蝕與防護 A組全員必做題 1.某研究性學習小組用如圖裝置研究不同能量之間的轉(zhuǎn)化問題。下列說法正確的是(　　) A．斷開開關(guān)S1，閉合開關(guān)S2，化學能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為光能等 B．斷開開關(guān)S1，閉合開關(guān)S2，此時構(gòu)成的裝置屬于電解池 C．斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)S1，此時構(gòu)成的裝置屬于原電池 D．斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)S1，化學能轉(zhuǎn)化為電能 解析：從裝置圖可知斷開開關(guān)S1，閉合開關(guān)S2，構(gòu)成原電池，化學能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為光能等，A項正確，B項錯誤；斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)S1，此時構(gòu)成的裝置屬于電解池，C、D項錯誤。 答案：A 2．糕點包裝中常用的脫氧劑組成為還原性鐵粉、氯化鈉、炭粉等，其脫氧原理與鋼鐵的吸氧腐蝕相同。下列分析正確的是(　　) A．脫氧過程是吸熱反應(yīng)，可降低溫度，延長糕點保質(zhì)期 B．脫氧過程是鐵作原電池正極，電極反應(yīng)為Fe－3e－―→Fe3＋ C．脫氧過程中碳作原電池負極，電極反應(yīng)為2H2O＋O2＋4e－―→4OH－ D．含有1.12 g鐵粉的脫氧劑，理論上最多能吸收氧氣336 mL(標準狀況) 解析：鋼鐵的吸氧腐蝕為放熱反應(yīng)，A項錯誤。脫氧過程，鐵為負極，電極反應(yīng)為Fe－2e－===Fe2＋；碳作正極，電極反應(yīng)為2H2O＋O2＋4e－===4OH－，B、C項均錯誤。根據(jù)電極反應(yīng)可得電池反應(yīng)為2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，F(xiàn)e(OH)2可繼續(xù)被氧化：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，因此可得關(guān)系式：4Fe→3O2,1.12 g Fe完全反應(yīng)最多可吸收O2 336 mL(標準狀況)，D項正確。 答案：D 3．(2016湖南岳陽一模)全世界每年鋼鐵因銹蝕造成大量的損失。某城市擬用如圖方法保護埋在酸性土壤中的鋼質(zhì)管道，使其免受腐蝕。關(guān)于此方法，下列說法不正確的是(　　) A．土壤中的鋼鐵易被腐蝕是因為在潮濕的土壤中形成了原電池 B．金屬棒M的材料應(yīng)該是比鎂活潑的金屬 C．金屬棒M上發(fā)生反應(yīng)：M－ne－===Mn＋ D．這種方法稱為犧牲陽極的陰極保護法 解析：金屬棒M只要比鐵活潑即可，太活潑的金屬易與水反應(yīng)，B選項錯誤。 答案：B 4．(2016武漢調(diào)研)某同學設(shè)計如圖所示裝置，探究氯堿工業(yè)原理，下列說法正確的是(　　) A．石墨電極與直流電源負極相連 B．用濕潤淀粉－KI試紙在銅電極附近檢驗氣體，試紙變藍色 C．氫氧化鈉在石墨電極附近產(chǎn)生， Na＋向石墨電極遷移 D．銅電極的反應(yīng)式為：2H＋ ＋ 2e－===H2↑ 解析：若該裝置是探究氯堿工業(yè)原理，則Cu電極應(yīng)該與電源的負極連接，石墨電極與直流電源正極相連，A項錯誤；Cu電極為陰極，在陰極發(fā)生反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑；在陽極C電極上發(fā)生反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑；所以用濕潤KI淀粉試紙在碳電極附近檢驗氣體，試紙變藍色，B項錯誤；由于Cu電極為陰極，在陰極發(fā)生反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑；破壞了附近的水的電離平衡，最終在Cu電極附近氫氧化鈉產(chǎn)生， Na＋向銅電極遷移，C項錯誤；銅電極的反應(yīng)式為：2H＋＋2e－=== H2↑，D項正確。 答案：D 5．(2016天星高三聯(lián)考)據(jù)報道，近日微軟新推出一款諾基亞品牌的功能手機Nokia 230，該款手機使用新型鋰釩氧化物電池，續(xù)航時間可達到27天。已知電池的總反應(yīng)為V2O5＋xLiLixV2O5，下列說法正確的是(　　) A．電池在放電時，Li＋向電源負極移動 B．充電時陽極的反應(yīng)為LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋ C．放電時負極失重7.0g，則轉(zhuǎn)移2mol電子 D．該電池以Li、V2O5為電極，酸性溶液作介質(zhì) 解析：電池在放電時，Li＋向正極移動，A項錯誤；電池充電時陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋，B項正確；負極的反應(yīng)為，每消耗1 mol Li(7.0 g)則轉(zhuǎn)移1 mol電子，C項錯誤；Li是活潑金屬，會與酸性溶液反應(yīng)產(chǎn)生H2，因而電池介質(zhì)不會是酸性溶液，D項錯誤。 答案：B 6．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(tài)，應(yīng)向溶液中加入適量的(　　) A．CuSO4　　　　　　 B．H2O C．CuO D．CuSO45H2O 解析：從電解反應(yīng)入手，2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，消耗了CuSO4＋H2O，復原則要生成它們，復原的反應(yīng)是CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O，故選C項。 答案：C 7．(2016安徽示范高中聯(lián)考)一定條件下，有關(guān)金屬腐蝕的下列說法不正確的是(　　) A．為減緩金屬腐蝕，可將要保護的金屬物件與外電源的正極相連接做陽極 B．在pH<6的溶液中，金屬主要發(fā)生析氫腐蝕 C．鋼鐵制品腐蝕時正極反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．在金屬物件表面涂上機油可防止金屬生銹從而使金屬保持光澤 解析：A項要保護的金屬物件應(yīng)與外電源的負極相連做陰極。 答案：A 8．在水中加入等物質(zhì)的量的Ag＋、Ba2＋、Na＋、SO、NO、Cl－。該溶液放在用惰性材料作電極的電解槽中，通電片刻，則氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的質(zhì)量比為(　　) A．35.5∶108 B．16∶137 C．8∶1 D．108∶35.5 解析：Ag＋與Cl－生成AgCl↓，Ba2＋與SO生成BaSO4↓，電解硝酸鈉溶液實際上電解水。 答案：C 9．(2016吉林市第一次摸底考試)用含鋅、銀雜質(zhì)的粗銅作陽極，純銅作陰極，CuSO4溶液做電解液進行電解，下列有關(guān)電解液中Cu2＋物質(zhì)的量濃度的敘述中，正確的是(　　) A．c(Cu2＋)增大 B．c(Cu2＋)減小 C．c(Cu2＋)不變 D．無法確定 解析：用含鋅、銀雜質(zhì)的粗銅作陽極，純銅作陰極，CuSO4溶液做電解液進行電解，則在陽極，Zn會失去電子變?yōu)閆n2＋進入溶液，溶液中的Cu2＋在陰極得到電子變?yōu)镃u析出，因此電解液中Cu2＋物質(zhì)的量濃度減小，故選項是B。 答案：B 10．(2016安徽桐城一模)新一代鋰電池的反應(yīng)為FePO4＋LiLiFePO4，該電池可用于電動汽車，其以含Li＋的導電固體為電解質(zhì)。下列有關(guān)LiFePO4電池說法正確的是(　　) A．放電時電池正極反應(yīng)為FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4 B．充電時LiFePO4只發(fā)生氧化反應(yīng)不發(fā)生還原反應(yīng) C．充電過程中，電池正極材料的質(zhì)量增加 D．加入硫酸可以提高電解質(zhì)的導電性 解析：放電時正極FePO4中的＋3價的鐵得電子生成LiFePO4中＋2價的鐵，用Li＋配平電荷，A選項正確；充電時，正極為電解池的陽極，LiFePO4失電子生成FePO4，質(zhì)量減輕，C選項錯誤；Li與硫酸、水均反應(yīng)，D選項錯誤。 答案：A 11．利用如圖所示裝置電解硝酸銀溶液和飽和硫酸鈉溶液(甲中盛有AgNO3溶液，乙中盛有飽和Na2SO4溶液)。 (1)通電一段時間，觀察到濕潤的淀粉KI試紙的______(選填“C”或“D”)端變藍。 (2)裝置甲中陽極為________，陰極的電極反應(yīng)式為________________。 (3)裝置乙中觀察到的現(xiàn)象是__________________。 (4)電解一段時間后，裝置甲、乙中共收集到氣體0.168 L(標準狀況下)，而且該時間段內(nèi)裝置乙中析出硫酸鈉晶體(Na2SO410H2O)w g，測得裝置甲中溶液的體積為1 L，則裝置甲中溶液的pH為________。電解前飽和Na2SO4溶液的質(zhì)量分數(shù)的計算式為________________________(計算時忽略電解過程中的其他副反應(yīng))。 解析：(1)由于D連接電源負極，作陰極，則C極作陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)生成I2，故淀粉KI試紙的C端變藍。(2)裝置甲中Pt電極作陽極，而Fe極發(fā)生還原反應(yīng)，作陰極。(3)裝置乙中Cu為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)生成Cu2＋，Cu極附近溶液中有Cu2＋的顏色，石墨電極上水得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，生成氫氣，溶液的pH增大，故生成氫氧化銅沉淀。(4)相同時間內(nèi)，裝置甲、乙通過的電子的物質(zhì)的量相等，裝置甲中生成1 mol O2時，裝置乙中生成2 mol H2，故0.168 L氣體中有1/3是氧氣，即氧氣為0.056 L，且裝置甲中存在關(guān)系式：4H＋～O2，故裝置甲中n(H＋)＝0.01 mol/L，即裝置甲中溶液的pH＝2。對于裝置乙，陽極反應(yīng)式為Cu－2e－===Cu2＋，陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，電解的總反應(yīng)式為Cu＋2H2OCu(OH)2↓＋H2↑。當陰極析出0.005 mol H2時，耗水0.01 mol，析出的晶體中Na2SO4的質(zhì)量除以晶體質(zhì)量和電解時消耗水的質(zhì)量之和即為飽和溶液的質(zhì)量分數(shù)。 答案：(1)C (2)Pt　Ag＋＋e－===Ag (3)石墨極有氣泡產(chǎn)生，Cu極周圍變藍，溶液中出現(xiàn)藍色沉淀 (4)2　100% 12．某課外活動小組用如圖裝置進行實驗，試回答下列問題。 (1)若開始時開關(guān)K與a連接，則B極的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 (2)若開始時開關(guān)K與b連接，則B極的電極反應(yīng)式為____________，總反應(yīng)的離子方程式為________________________________。 有關(guān)上述實驗，下列說法正確的是(填序號)________________________________________________________________________。 ①溶液中Na＋向A極移動 ②從A極處逸出的氣體能使?jié)駶櫟腒I淀粉試紙變藍 ③反應(yīng)一段時間后加適量鹽酸可恢復到電解前電解質(zhì)的濃度 ④若標準狀況下B極產(chǎn)生2.24 L氣體，則溶液中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子 (3)該小組同學認為，如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，那么可以設(shè)想用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀。 ①該電解槽的陽極反應(yīng)式為______________。此時通過陰離子交換膜的離子數(shù)________(填“大于”“小于”或“等于”)通過陽離子交換膜的離子數(shù)。 ②制得的氫氧化鉀溶液從出口(填寫“A”“B”“C”或“D”)________導出。 ③通電開始后，陰極附近溶液pH會增大，請簡述原因________________________________________________________________________。 ④若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鉀溶液組合為氫氧燃料電池，則電池正極的電極反應(yīng)式為 ________________________________________________________________________。 解析：(1)開關(guān)K與a相連，裝置構(gòu)成原電池，F(xiàn)e失去電子為原電池負極。 (2)開關(guān)K與b相連，裝置構(gòu)成電解NaCl溶液的電解池，B為電解池的陰極，溶液中的H＋在B極放電生成H2。電解過程中Na＋應(yīng)該向陰極B移動；A極產(chǎn)生的氣體為Cl2，Cl2能將I－氧化為I2，I2遇淀粉變藍；根據(jù)電解反應(yīng)：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，電解一段時間后若加入鹽酸會增加H2O的質(zhì)量，應(yīng)通入HCl氣體使其恢復到電解前電解質(zhì)的濃度；若標準狀況下B極產(chǎn)生2.24 L氣體，即0.1 mol H2，則有0.2 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，但在溶液中轉(zhuǎn)移的不是電子，而是離子。 (3)①溶液中的OH－在陽極失電子產(chǎn)生O2：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，所以在B口放出O2，從A口導出H2SO4。溶液中的H＋在陰極得到電子產(chǎn)生H2：2H＋＋2e－===H2↑，則從C口放出H2，從D口導出KOH溶液。因SO所帶電荷數(shù)大于K＋所帶電荷數(shù)，SO通過陰離子交換膜，K＋通過陽離子交換膜，所以通過陽離子交換膜的離子數(shù)大于通過陰離子交換膜的離子數(shù)。O2、H2、KOH溶液構(gòu)成燃料電池時，O2在電池正極放電：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 答案：(1)Fe－2e－===Fe2＋ (2)2H＋＋2e－===H2↑　2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑　② (3)①4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　小于?、贒?、跦＋在陰極附近放電，引起水的電離平衡向右移動，使c(OH－)>c(H＋)?、躉2＋2H2O＋4e－===4OH－ B組重點選做題 13.某課外活動小組準備用如圖所示的裝置進行實驗。現(xiàn)有甲、乙、丙三位同學分別選擇了如下電極材料和電解質(zhì)溶液： A電極 B電極 X溶液 甲 Cu Zn H2SO4 乙 Pt Pt CuCl2 丙 Fe Cu ？ (1)甲同學在實驗中將開關(guān)K5閉合，Zn電極上的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 (2)乙同學準備進行電解CuCl2溶液的實驗，則電解時的總反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 實驗時應(yīng)閉合的開關(guān)組合是________。(從下列五項中選擇所有可能的開關(guān)組合，第三小題也在這五項中選擇) A．K1和K2　 B．K1和K3　　 C．K1和K4 D．K2和K3　　 E．K2和K4 (3)丙同學準備在Fe上鍍Cu，選擇了某種鹽來配制電鍍液，則該鹽的化學式為________，實驗時，應(yīng)閉合的開關(guān)組合是________(選項如上)。 解析：(1)甲同學在實驗中將開關(guān)K5閉合，裝置為原電池，較活潑的Zn為原電池的負極，電極反應(yīng)式為Zn－2e－===Zn2＋。 (2)乙同學用惰性電極電解CuCl2溶液，電解時的總方程式為CuCl2Cu＋Cl2↑，實驗時應(yīng)閉合K1和K4或閉合K2和K3。 (3)丙同學準備在Fe上鍍Cu，則Fe為電鍍池陰極，接電源負極，Cu為電鍍池陽極，接電源正極，實驗時應(yīng)閉合K2和K3。應(yīng)選擇含Cu2＋的電解質(zhì)溶液為電解液。 答案：(1)Zn－2e－===Zn2＋ (2)CuCl2Cu＋Cl2↑　CD (3)CuCl2或CuSO4　D 14．(2015河北衡水二中測試)鋼鐵工業(yè)是國家工業(yè)的基礎(chǔ)，鋼鐵生銹現(xiàn)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(guān)問題： 甲 　　　　乙 (1)鋼鐵的電化學腐蝕原理：在酸性環(huán)境中發(fā)生析氫腐蝕，在中性或堿性環(huán)境中發(fā)生吸氧腐蝕。 ①分別寫出圖甲中鐵電極和石墨電極的電極反應(yīng)式：______________，______________。 ②將該裝置作簡單修改即可成為鋼鐵電化學防護的裝置，請在圖甲虛線框內(nèi)所示位置作出修改，并用箭頭標出導線中電子流動方向。 ③寫出修改后石墨電極的電極反應(yīng)式：____________________________________。 (2)工業(yè)上常用鹽酸除去鐵銹?，F(xiàn)將一生銹的鐵片放入鹽酸中，溶液中可能發(fā)生的化學反應(yīng)的化學方程式有____________________________。 (3)在實際生產(chǎn)中，可在鐵制品的表面鍍銅防止鐵被腐蝕。裝置示意如圖乙： ①A電極對應(yīng)的金屬是__________(寫出元素名稱)，B電極的電極反應(yīng)式是________________。 ②若電鍍前鐵、銅兩片金屬質(zhì)量相同，電鍍完成后將它們?nèi)〕鱿磧?、烘干、稱量，二者質(zhì)量差為5.12 g，則電鍍時電路中通過的電子為______ mol。 ③鍍層破損后，鍍銅鐵比鍍鋅鐵更容易被腐蝕，請簡要說明原因：________________________________。 解析：(1)①圖甲為原電池，F(xiàn)e作負極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋，石墨作正極，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 ②利用外加電流的陰極保護法，在虛線框內(nèi)添加外接電源，使鐵作陰極，電子流動方向與電流方向相反。 ③修改后石墨為陽極，氯離子放電：2Cl－－2e－===Cl2↑。 (2)鐵銹成分為Fe2O3，可與鹽酸反應(yīng)：Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O，F(xiàn)eCl3與Fe反應(yīng)：2FeCl3＋Fe===3FeCl2，鐵與鹽酸反應(yīng)：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑。 (3)①鐵制品表面鍍銅，則鐵作陰極，銅作陽極，A電極是陽極，應(yīng)為銅，B電極上Cu2＋得電子被還原為Cu。 ②二者質(zhì)量差為5.12 g，說明陽極上有2.56 g銅被氧化，陰極上生成2.56 g銅，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為2＝0.08 mol。③鍍銅鐵中鐵比銅活潑，鍍層破損后在潮濕環(huán)境中形成原電池，鐵為負極，加速鐵的腐蝕，而鍍鋅鐵中，鋅比鐵活潑，鍍層破損后在潮濕環(huán)境中形成原電池，鋅為負極，被腐蝕，鐵被保護。 答案：(1)①Fe－2e－===Fe2＋　O2＋4e－＋2H2O===4OH－ ② ③2Cl－－2e－===Cl2↑ (2)Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O、Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑、 2FeCl3＋Fe===3FeCl2 (3)①銅　Cu2＋＋2e－===Cu?、?.08　③鐵比銅活潑，鍍層破壞后，在潮濕環(huán)境中形成原電池，鐵為負極，加速鐵的腐蝕