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2019年高考化學一輪復習 第六章 化學反應與能量 課時梯級作業(yè)十九 6.3 電解池 金屬的電化學腐蝕與防護 一、選擇題(本題包括7小題,每題6分,共42分) 1.(xx赤峰模擬)下列描述中,不符合生產實際的是 (　　) A.一元硬幣材料為鋼芯鍍鎳,硬幣制作時,鋼芯應作陰極 B.合金的熔點都低于它的成分金屬,合金的耐腐蝕性也不一定比其成分金屬強 C.電解飽和食鹽水制燒堿,用涂鎳碳鋼網作陰極 D.銅板上的鐵鉚釘處在潮濕的空氣中直接發(fā)生反應:Fe-3e- Fe3+,繼而形成鐵銹 【解析】選D。鋼芯鍍鎳硬幣制作時,鎳作陽極,鋼芯應作陰極,A正確;合金的熔點都低于它的成分金屬,合金的耐腐蝕性也不一定比其成分金屬強,B正確;電解飽和食鹽水用涂鎳碳鋼網作陰極,C正確;銅板上的鐵鉚釘處在潮濕的空氣中發(fā)生電化學腐蝕:Fe-2e-Fe2+,D錯誤。 2.(xx呂梁模擬)關于圖中裝置說法正確的是 (　　) A.裝置中電子移動的途徑:負極→Fe→M溶液→石墨→正極 B.若M為NaCl溶液,通電一段時間后,溶液中可能有NaClO C.若M為FeCl2溶液,可以實現(xiàn)石墨上鍍鐵 D.若M是海水,該裝置是通過“犧牲陽極的陰極保護法”使鐵不被腐蝕 【解析】選B。裝置中電子移動的途徑:負極→Fe電極,石墨→正極,溶液中通過離子導電而不是電子,A錯誤;若M為NaCl溶液,通電一段時間后,陽極產生Cl2,溶液中的NaOH與陽極產生的Cl2發(fā)生反應生成NaCl和NaClO,所以溶液中可能有NaClO,B正確;若M為FeCl2溶液,在陽極,溶液中的F失去電子變?yōu)镕,所以不可能實現(xiàn)石墨上鍍鐵,C錯誤;若M是海水,該裝置是電解池,是通過外加電流的陰極保護法使鐵不被腐蝕,不是通過“犧牲陽極的陰極保護法”,D錯誤。 【加固訓練】 　　下列有關電化學裝置的說法正確的是 (　　) A.用圖1裝置處理銀器表面的黑斑(Ag2S),銀器表面發(fā)生的反應為Ag2S+2e-2Ag+S2- B.用圖2裝置電解一段時間后,銅電極部分溶解,溶液中銅離子的濃度基本不變 C.圖3裝置中若直流電源的X極為負極,則該裝置可實現(xiàn)粗銅的電解精煉 D.圖4裝置中若M是銅,則該裝置能防止鐵被腐蝕 【解析】選A。題圖1裝置中,銀器、鋁與食鹽水構成原電池,銀器是正極,銀器上的Ag2S發(fā)生還原反應生成銀,A項正確;題圖2裝置中,銅電極是陰極,銅不參與電極反應,B項錯誤;題圖3裝置中若X極為負極,則粗銅是陰極,電解精煉銅時粗銅應作陽極,C項錯誤;題圖4裝置中,鐵作負極,鐵被腐蝕,D項錯誤。 3.深埋在潮濕土壤中的鐵管道,在硫酸鹽還原菌作用下,能被硫酸根腐蝕,其電化學腐蝕原理如圖所示,下列與此原理有關的說法錯誤的是 (　　) A.正極反應為S+5H2O+8e-HS-+9OH- B.輸送暖氣的管道不易發(fā)生此類腐蝕 C.這種情況下,Fe腐蝕的最終產物為Fe2O3xH2O D.管道上刷富鋅油漆可以延緩管道的腐蝕 【解析】選C。A.原電池的正極發(fā)生還原反應,由圖示可知發(fā)生的電極反應為S+5H2O+8e-HS-+9OH-,故A正確;B.硫酸鹽還原菌是蛋白質,在高溫下易變性,失去催化效率,則輸送暖氣的管道不易發(fā)生此類腐蝕,故B正確;C.由圖示可知,Fe腐蝕的最終產物為FeO,故C錯誤;D.管道上刷富鋅油漆,形成Zn-Fe原電池,Fe變?yōu)檎龢O,可以延緩管道的腐蝕,故D正確。 4.(xx婁底模擬)利用如圖所示裝置進行實驗,甲、乙兩池均為1 molL-1的AgNO3溶液,A、B均為Ag電極。實驗開始先閉合K1,斷開K2,一段時間后,斷開K1,閉合K2,形成濃差電池,電流計指針偏轉(Ag+濃度越大,氧化性越強)。下列說法不正確的是 (　　) A.閉合K1,斷開K2后,A極質量增大 B.閉合K1,斷開K2后,乙池溶液濃度增大 C.斷開K1,閉合K2后,N向B極移動 D.斷開K1,閉合K2后,A極發(fā)生氧化反應 【解析】選C。A項,閉合K1,斷開K2后,形成電解池,A為陰極,Ag+發(fā)生還原反應生成銀,A極質量增大,正確;B項,陽極金屬銀被氧化,c(Ag+)增大,N向陽極移動,乙池溶液濃度增大,正確;C項,斷開K1,閉合K2后,形成濃差電池,由上述分析可知B為正極,A為負極,N向負極移動,錯誤;D項,A為負極,發(fā)生氧化反應,正確。 5.在微生物作用下電解有機廢水(含CH3COOH ),可獲得清潔能源H2。其原理如圖所示。不正確的是 (　　) A.通電后,H+通過質子交換膜向右移動,最終右側溶液pH減小 B.電源B極為負極 C.與電源A極相連的惰性電極上發(fā)生的反應為 CH3COOH-8e-+2H2O2CO2↑+8H+ D.通電后,若有0 .1 mol H2生成,則轉移0.2 mol 電子 【解析】選A。在陰極上氫離子得電子生成氫氣,但是陽離子氫離子會經過交換膜進入陰極室,陰極室的pH幾乎保持不變,A錯誤;右側產生氫氣,說明是陰極,右側B電極是電源的負極,B正確;在陽極上CH3COOH失電子生成二氧化碳,電極反應式為CH3COOH-8e-+2H2O2CO2↑+8H+,C正確;在陰極上氫離子得電子生成氫氣,即2H++2e-H2↑,因此若有0.1 mol H2生成,則轉移0.2 mol 電子,D正確。 6.(xx寶雞模擬)鐵鉻氧化還原液流電池是一種低成本的儲能電池,電池結構如圖所示,工作原理為Fe3++Cr2+Fe2++Cr3+。下列說法正確的是 (　　) A.電池充電時,b極的電極反應式為Cr3++e-Cr2+ B.電池充電時,Cl-從a極穿過選擇性透過膜移向b極 C.電池放電時,a極的電極反應式為Fe3++3e-Fe D.電池放電時,電路中每通過0.1 mol電子,Fe3+濃度降低0.1 molL-1 【解析】選A。由圖可知,正極(FeCl3/FeCl2+鹽酸)、負極(CrCl3/CrCl2),負極反應為Cr2+-e-Cr3+,正極反應為Fe3++e-Fe2+。充電時,b極為陰極,發(fā)生還原反應:Cr3++e-Cr2+,A正確;充電時,為電解池,a極(陽極)反應為Fe2+-e-Fe3+,Cl-由b極移向a極,B、C錯誤;沒有溶液的體積,無法計算濃度變化,D錯誤。 7.(能力挑戰(zhàn)題)用石墨電極完成下列電解實驗。 實驗一 實驗二 裝置 現(xiàn)象 a、d處試紙變藍;b處變紅,局部褪色;c處無明顯變化 兩個石墨電極附近有氣泡產生;n處有氣泡產生;…… 下列對實驗現(xiàn)象的解釋或推測不合理的是(　　) A.a、d處:2H2O+2e-H2↑+2OH- B.b處:2Cl--2e-Cl2↑ C.c處發(fā)生了反應:Fe-2e-Fe2+ D.根據實驗一的原理,實驗二中m處能析出銅 【解析】選B。a、d處試紙變藍,說明溶液顯堿性,是溶液中的氫離子得到電子生成氫氣,氫氧根離子剩余造成的,故A正確;b處變紅,局部褪色,說明是溶液中的Cl-失去電子生成Cl2,Cl2溶于水生成HCl和HClO,使溶液呈酸性,pH試紙變紅,HClO具有漂白性,使試紙局部褪色,因此b處發(fā)生的反應有:2Cl--2e- Cl2↑,Cl2+H2OHClO+H++Cl-,故B錯誤;c處為陽極,鐵失去電子生成亞鐵離子,故C正確;實驗一中a、c形成電解池,d、b形成電解池,所以實驗二中相當于形成三個電解池(一個球兩面為不同的兩極),m為電解池的陰極,另一球朝m的一面為陽極(n的背面),相當于電鍍,即m上有銅析出,故D項正確。 【易錯提醒】 (1)由實驗一的現(xiàn)象,推理可知a、b、c、d分別為陰極、陽極、陽極、陰極。 (2)通過實驗一、二的現(xiàn)象可以分析出這是多個“串聯(lián)電路的電解池”,實驗一的圖可以表示如下: 二、非選擇題(本題包括4小題,共58分) 8.(12分)以H2、O2、熔融鹽Na2CO3組成燃料電池,采用電解法制備Fe(OH)2,裝置如圖所示,其P端通入CO2。 (1)石墨Ⅰ電極上的電極反應式為______________________。 (2)通電一段時間后,右側玻璃管中產生大量的白色沉淀,且較長時間不變色,則下列說法中正確的是________(填序號)。 A.X、Y兩端都必須用鐵作電極 B.可以用NaOH溶液作電解液 C.陰極發(fā)生的反應是2H++2e-H2↑ D.白色沉淀只能在陽極上產生 (3)若將所得Fe(OH)2沉淀暴露在空氣中,則其顏色變化為________,該反應的化學方程式為__ __。 【解析】(1)石墨Ⅰ電極為負極,H2發(fā)生氧化反應,且C向負極移動參與反應。 (2)電解法制備Fe(OH)2,陽極(Y)必須用Fe作電極,陰極(X)可以不用Fe作電極,A錯誤;電解質溶液可以為堿溶液,B正確;陰極上H+發(fā)生還原反應,C正確;白色沉淀不一定在陽極區(qū)生成,D錯誤。 (3)Fe(OH)2暴露在空氣中,會被空氣中的氧氣氧化為Fe(OH)3,現(xiàn)象為白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色,最終變?yōu)榧t褐色。 答案:(1)H2-2e-+CCO2+H2O (2)B、C (3)白色沉淀迅速變成灰綠色,最終變成紅褐色 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 9.(15分)(xx景德鎮(zhèn)模擬)(1)用間接電化學法除去NO的過程,如圖所示: 已知電解池的陰極室中溶液的pH在4～7之間,寫出陰極的電極反應式:______ _____________________。 用離子方程式表示吸收池中除去NO的原理:__________________________。 (2)目前已開發(fā)出電解法制取ClO2的新工藝。 ①用石墨作電極,在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2(如圖所示),寫出陽極產生ClO2的電極反應式:_________________________。 ②電解一段時間,當陰極產生的氣體體積為112 mL(標準狀況)時,停止電解,通過陽離子交換膜的陽離子的物質的量為________ mol;用平衡移動原理解釋陰極區(qū)pH增大的原因:________________________________。 【解析】(1)陰極發(fā)生還原反應,是亞硫酸氫根離子得電子生成S2,電極反應式為2HS+2e-+2H+S2+2H2O; S2與一氧化氮發(fā)生氧化還原反應,生成氮氣和亞硫酸氫根,離子反應方程式為2NO+2S2+2H2ON2+4HS。 (2)①由題意可知,氯離子放電生成ClO2,由元素守恒可知,有水參加反應,同時生成氫離子,電極反應式為Cl--5e-+2H2OClO2↑+4H+。②在陰極發(fā)生2H++2e- H2↑,氫氣的物質的量為0.005 mol,通過陽離子交換膜的陽離子為+1價離子,通過陽離子交換膜的陽離子的物質的量為0.005 mol2=0.01 mol,電解時陰極H+濃度減小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移動,溶液的pH增大。 答案:(1)2HS+2e-+2H+S2+2H2O 2NO+2S2+2H2ON2+4HS (2)①Cl--5e-+2H2OClO2↑+4H+ ②0.01　在陰極發(fā)生2H++2e-H2↑,H+濃度減小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移動,OH-濃度增大,pH增大 10.(15分)利用電化學原理,將NO2、O2和熔融KNO3制成燃料電池,模擬工業(yè)電解法來處理含Cr2廢水,如圖所示;電解過程中溶液發(fā)生反應:Cr2+6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O。 (1)甲池工作時,NO2轉變成綠色硝化劑Y,Y是N2O5,可循環(huán)使用。則石墨Ⅱ是電池的______極;石墨Ⅰ附近發(fā)生的電極反應式為__ __。 (2)工作時,甲池內的N向________極移動(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”);在相同條件下,消耗的O2和NO2的體積比為________。 (3)乙池中Fe(Ⅰ)棒上發(fā)生的電極反應為 __。 (4)若溶液中減少了0.01 mol Cr2,則電路中至少轉移了________mol電子。 (5)向完全還原為Cr3+的乙池工業(yè)廢水中滴加NaOH溶液,可將鉻以Cr(OH)3沉淀的形式除去,已知Cr(OH)3存在以下溶解平衡:Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH-(aq),常溫下Cr(OH)3的溶度積Ksp=c(Cr3+)c3(OH-)=1.010-32,要使c(Cr3+)降至 10-5 molL-1,溶液的pH應調至________。 【解析】(1)根據圖示知甲池為燃料電池,電池工作時,石墨Ⅰ附近NO2轉變成N2O5,發(fā)生氧化反應,電極反應式為NO2+N-e-N2O5;石墨Ⅱ是電池的正極,O2得電子發(fā)生還原反應,電極反應式為O2+4e-+2N2O54N。 (2)電池工作時,電解質溶液中的陰離子移向負極,即甲池內的N向石墨Ⅰ極移動;根據兩極的電極反應式NO2+N-e-N2O5、O2+4e-+2N2O54N,根據得失電子守恒知,在相同條件下,消耗O2和NO2的體積比為1∶4。 (3)乙池為電解池,Fe(Ⅰ)棒為電解池的陽極,發(fā)生的電極反應為Fe-2e-Fe2+。 (4)根據反應Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O知,若溶液中減少了0.01 mol Cr2,則參加反應的Fe2+為0.06 mol,根據電極反應:Fe-2e-Fe2+知電路中至少轉移了0.12 mol電子。 (5)常溫下Cr(OH)3的溶度積Ksp=c(Cr3+)c3(OH-)=1.010-32,c(Cr3+)=10-5 molL-1,則c3(OH-)=1.010-27,c(OH-)=1.010-9 molL-1,c(H+)=10-5 molL-1,溶液的pH應調至5。 答案:(1)正　NO2+N-e-N2O5 (2)石墨Ⅰ　1∶4　(3)Fe-2e-Fe2+ (4)0.12　(5)5 11.(16分)(能力挑戰(zhàn)題)鉛蓄電池在日常生活中應用廣泛?；卮鹣铝袉栴}: (1)鉛蓄電池放電時的工作原理為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,現(xiàn)用如圖裝置進行電解(電解液足量),測得當鉛蓄電池中轉移0.4 mol電子時鐵電極的質量減少11.2 g。請回答下列問題: ①A是鉛蓄電池的________極,鉛蓄電池正極反應式為____________。 ②Ag電極的電極反應式是_____________________,該電極的電極產物共________g。 ③Cu電極的電極反應式是______________________,CuSO4溶液的濃度________(填“減小”“增大”或“不變”)。 (2)鉛蓄電池的PbO2可由PbO與次氯酸鈉溶液反應制得,反應的離子方程式為________________;PbO2也可以石墨為電極,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液為電解液制取。陽極發(fā)生的電極反應式為_____________________________, 陰極上觀察到的現(xiàn)象是____________________________________________; 若電解液中不加入Cu(NO3)2,陰極發(fā)生的電極反應式為__________________, 這樣做的主要缺點是____________________________________________。 (3)將Na2S溶液加入如圖所示的電解池的陽極區(qū),用鉛蓄電池進行電解,電解過程中陽極區(qū)發(fā)生如下反應:S2--2e-S,(n-1)S+S2-。 電解時陰極的電極反應式:___________________。電解后陽極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質,其離子方程式可寫成_____________。 【解析】(1)①因電解過程中鐵電極質量減少,判斷A是電源負極,B是電源正極,鉛蓄電池正極反應式為PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O。 ②電解時Ag極作陰極,發(fā)生2H++2e-H2↑,轉移0.4 mol電子時,析出氫氣0.4 g。 ③右側U形管相當于電鍍裝置,Zn電極作陰極,電極反應式為Cu2++2e-Cu,銅電極作陽極,電極反應式為Cu-2e-Cu2+,電鍍過程中CuSO4溶液的濃度保持不變。 (2)根據電子得失守恒可得PbO+ClO-PbO2+Cl-。用電解法制PbO2,Pb價態(tài)升高,PbO2應為陽極產物,即Pb2++2H2O-2e-PbO2↓+4H+;陰極Cu2+放電,在石墨極上析出銅;若不加Cu(NO3)2,則陰極為Pb2+放電,損失Pb2+,不能有效利用Pb2+。 (3)陰極只有H+得電子生成H2;反應物為、H+,產物有S,所以中S的化合價既升高也降低,有H2S生成,配平即可。 答案:(1)①負　 PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O ②2H++2e-H2↑　 0.4 ③Cu-2e-Cu2+　 不變 (2)PbO+ClO-PbO2+Cl- Pb2++2H2O-2e-PbO2↓+4H+ 石墨上析出金屬 Pb2++2e-Pb↓ 不能有效利用Pb2+ (3)2H++2e-H2↑ +2H+(n-1)S↓+H2S↑