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配餐作業(yè)(二十)　電解池　金屬的電化學腐蝕與防護 1．某研究性學習小組用如圖裝置研究不同能量之間的轉化問題。下列說法正確的是(　　) A．斷開開關S1，閉合開關S2，化學能轉化為電能，電能轉化為光能等 B．斷開開關S1，閉合開關S2，此時構成的裝置屬于電解池 C．斷開開關S2，閉合開關S1，此時構成的裝置屬于原電池 D．斷開開關S2，閉合開關S1，化學能轉化為電能 解析　從裝置圖可知斷開開關S1，閉合開關S2，構成原電池，化學能轉化為電能，電能轉化為光能等，A項正確，B項錯誤；斷開開關S2，閉合開關S1，此時構成的裝置屬于電解池，C、D兩項錯誤。 答案　A 2．(2018邯鄲質檢)據(jù)最近報道，中國生產的首艘國產航母“山東”號已經下水。為保護航母、延長服役壽命可采用兩種電化學方法。方法1：艦體鑲嵌一些金屬塊；方法2：航母艦體與電源相連。下列有關說法正確的是(　　) A．方法1叫外加電流的陰極保護法 B．方法2叫犧牲陽極的陰極保護法 C．方法1中金屬塊可能是鋅、錫和銅 D．方法2中艦體連接電源的負極 解析　艦體是由鋼板做的。方法1，艦體鑲嵌一些金屬塊，必須是比鐵活潑的金屬，如鋅等(錫和銅不行)，這種方法叫犧牲陽極的陰極保護法；方法2，航母艦體與電源相連，必須與電源負極相連，這種方法叫外加電流的陰極保護法。綜上所述，D項正確，本題選D。 答案　D 3．(2018濟南模擬)四個電解裝置都以Pt作電極，它們分別裝著如下電解質溶液進行電解，電解一段時間后，測定其pH變化，所記錄的結果正確的是(　　) 選項 A. B. C. D. 電解質溶液 HCl AgNO3 KOH BaCl2 pH變化 減小 增大 增大 不變 解析　電解鹽酸，溶質HCl的量減小，溶劑量不變，所以酸性減弱，pH增大，A項錯誤；電解硝酸銀溶液生成硝酸、金屬銀和氧氣，溶液酸性增強，pH減小，B項錯誤；電解氫氧化鉀溶液的實質是電解水，溶質的量不變，溶劑減小，堿性增強，pH增大，C項正確；電解氯化鋇溶液得到氫氧化鋇、氫氣和氯氣，溶液堿性增強，pH增大，D項錯誤。 答案　C 4．(2018滄州質量監(jiān)測)以鉛蓄電池為電源，通過電解法制備酒石酸(C4H6O6，簡寫為RH2)的原理如圖所示(A、B為惰性電極，a、b為離子交換膜) 下列敘述不正確的是(　　) A．N極的電極反應式為PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O B．b為陰離子交換膜 C．陰極反應為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，陰極區(qū)溶液pH升高 D．鉛蓄電池中消耗2 mol H2SO4時，理論上生成 2 mol RH2 解析　電解目的為制備RH2，則裝置右側為產品室，若原料室中的R2－通過陰離子交換膜進入產品室與H＋結合，則可制得RH2。所以B極應為H2O電離出的OH－放電，生成H＋，即B極為陽極，電極反應為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，b為陰離子交換膜，N為正極，M為負極，A為陰極。N為鉛蓄電池正極，電極反應為PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O，故A項正確；根據(jù)上述分析可知，b為陰離子交換膜，故B項正確；陰極應為H2O電離出的H＋放電，生成OH－，故電極反應為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－濃度增大，pH增大，故C項正確；鉛蓄電池放電時總反應為Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，當電池中消耗2 mol H2SO4時，則電路中轉移2 mol e－。根據(jù)B極電極反應2H2O－4e－===O2↑＋4H＋可知，轉移2 mol e－，產品室有2 mol H＋生成，R2－＋2H＋===RH2，所以理論上可生成1 mol RH2，故D項錯誤。 答案　D 5．(2018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管道，使其免受腐蝕。關于此方法，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的材料應該是比鎂活潑的金屬 C．金屬棒M上發(fā)生反應：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，B項錯誤。 答案　B 6.(2018武漢調研)某同學設計如圖所示裝置，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生， Na＋向石墨電極遷移 D．銅電極的反應式為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：2H＋＋2e－===H2↑；在陽極C電極上發(fā)生反應：2Cl－－2e－===Cl2↑；所以用濕潤淀粉KI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：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生， Na＋向銅電極遷移，C項錯誤；銅電極的反應式為2H＋＋2e－=== H2↑，D項正確。 答案　D 7．在水中加入等物質的量的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，則氧化產物和還原產物的質量比為(　　) 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 8．(2018吉林市第一次摸底考試)用含鋅、銀雜質的粗銅作陽極，純銅作陰極，CuSO4溶液做電解液進行電解，下列有關電解液中Cu2＋物質的量濃度的敘述中，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＋物質的量濃度減小，故選項是B。 答案　B 9．(2018天星高三聯(lián)考)鋰釩氧化物電池的能量密度遠遠超過其他材料電池，其成本低，便于大量推廣，且對環(huán)境無污染。已知電池的總反應為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．充電時陽極的反應為LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋ C．放電時負極失重7.0 g，則轉移2 mol電子 D．該電池以Li、V2O5為電極，酸性溶液作介質 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，電極反應式是LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋，B項正確；負極的反應為Li－e－===Li＋，每消耗1 mol Li(7.0 g)則轉移1 mol電子，C項錯誤；Li是活潑金屬，會與酸性溶液反應產生H2，因而電池介質不會是酸性溶液，D項錯誤。 答案　B 【素養(yǎng)立意】 手機作為人們不可替代的通信工具的今天，開發(fā)環(huán)保、經濟、耐用的手機電池具有重要意義。手機電池放電時是原電池，充電時是電解池。 本題以手機用的二次電池為載體，綜合考查原電池和電解池的工作原理，難度中等。 10．(2018廣東五校診斷一)如圖甲是一種利用微生物將廢水中的尿素(H2NCONH2)的化學能直接轉化為電能，并生成環(huán)境友好物質的裝置，同時利用此裝置的電能在鐵上鍍銅，下列說法中正確的是(　　) A．乙裝置中溶液顏色會變淺 B．鐵電極應與Y相連接 C．M電極反應式：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋ D．當N電極消耗0.25 mol氣體時，銅電極質量減少16 g 解析　乙裝置為電鍍裝置，電鍍液的濃度不變，因此溶液顏色不變，A項錯誤；電鍍時，待鍍金屬作陰極，與電源負極相連，而N電極上O2轉化為H2O發(fā)生還原反應，N電極為正極，B項錯誤；M電極為負極，發(fā)生氧化反應：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，C項正確；根據(jù)N電極反應式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O、銅電極反應式：Cu－2e－===Cu2＋，由各電極上轉移電子數(shù)相等，可得關系式：O2～2Cu，則N電極消耗0.25 mol O2時，銅電極質量減少0.25 mol264 gmol－1＝32 g，D項錯誤。 答案　C 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______(填“C”或“D”)端變藍。 (2)裝置甲中陽極為_______，陰極的電極反應式為___________。 (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)。 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，作陰極。(3)裝置乙中Cu為陽極，發(fā)生氧化反應生成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，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，裝置甲、乙通過的電子的物質的量相等，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，且裝置甲中存在關系式：4H＋～O2，故裝置甲中c(H＋)＝0.01 mol/L，即裝置甲中溶液的pH＝2。對于裝置乙，陽極反應式為Cu－2e－===Cu2＋，陰極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，電解的總反應式為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的質量除以晶體質量和電解時消耗水的質量之和即為飽和溶液的質量分數(shù)。 答案　(1)C　(2)Pt　Ag＋＋e－===Ag (3)石墨極有氣泡產生，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K與a連接，則B極的電極反應式為_________。 (2)若開始時開關K與b連接，則B極的電極反應式為_________，總反應的離子方程式為________________________________。 有關上述實驗，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反應一段時間后加適量鹽酸可恢復到電解前電解質的濃度 ④若標準狀況下B極產生2.24 L氣體，則溶液中轉移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“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式為__________________________________。 解析　(1)開關K與a相連，裝置構成原電池，F(xiàn)e失去電子為原電池負極。(2)開關K與b相連，裝置構成電解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＋應該向陰極B移動；A極產生的氣體為Cl2，Cl2能將I－氧化為I2，I2遇淀粉變藍；根據(jù)電解反應：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，電解一段時間后若加入鹽酸會增加H2O的質量，應通入HCl氣體使其恢復到電解前電解質的濃度；若標準狀況下B極產生2.24 L氣體，即0.1 mol H2，則有0.2 mol電子發(fā)生轉移，但在溶液中轉移的不是電子，而是離子。(3)①溶液中的OH－在陽極失電子產生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 ③H＋在陰極附近放電，引起水的電離平衡向右移動，使c(OH－)>c(H＋) ④O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 13．如圖裝置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性電極，甲、乙中溶液的體積和濃度都相同(假設通電前后溶液體積不變)，A、B為外接直流電源的兩極。將直流電源接通后，F(xiàn)極附近呈紅色。 請回答下列問題： (1)B極是電源的________，一段時間后，甲中溶液顏色________，丁中X極附近的顏色逐漸變淺，Y極附近的顏色逐漸變深，這表明__________________________________________________， 在電場作用下向Y極移動。 (2)若甲、乙裝置中的C、D、E、F電極均只有一種單質生成時，對應單質的物質的量之比為________。 (3)現(xiàn)用丙裝置給銅件鍍銀，則H應是___________________(填“鍍層金屬”或“鍍件”)，電鍍液是________溶液。當乙中溶液的pH是13時(此時乙溶液體積為500 mL)，丙中鍍件上析出銀的質量為______，甲中溶液的pH________(填“變大”“變小”或“不變”)。 (4)若將C電極換為鐵，其他裝置都不變，則甲中發(fā)生的總反應的離子方程式為________________________________________。 解析　(1)由裝置圖知，直流電源與各電解池串聯(lián)；由“F極附近呈紅色”知，F(xiàn)極為陰極，則E極為陽極、D極為陰極、C極為陽極、G極為陽極、H極為陰極、X極為陽極、Y極為陰極、A極為正極、B極為負極。甲裝置是用惰性電極電解CuSO4溶液，由于Cu2＋放電，導致c(Cu2＋)降低，溶液顏色逐漸變淺；丁裝置是膠體的電泳實驗，由于X極附近的顏色逐漸變淺，Y極附近的顏色逐漸變深，說明氫氧化鐵膠粒帶正電荷。(2)當甲、乙裝置中的C、D、E、F電極均只有一種單質生成時，C、D、E、F電極的產物分別為O2、Cu、Cl2、H2，根據(jù)各電極轉移電子數(shù)相同，則對應單質的物質的量之比為1∶2∶2∶2。(3)給銅件鍍銀，根據(jù)電鍍原理，銅件作陰極，銀作陽極，電鍍液是可溶性銀鹽。當乙中溶液的pH是13時，則乙中n(OH－)＝0.1 molL－10.5 L＝0.05 mol，即各電極轉移電子0.05 mol，所以丙中析出銀0.05 mol；甲裝置中由于電解產生H＋，導致溶液的酸性增強，pH變小。(4)若將C電極換為鐵，則鐵作陽極發(fā)生反應：Fe－2e－===Fe2＋，D極發(fā)生：Cu2＋＋2e－===Cu，則總反應的離子方程式為Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋。 答案　(1)負極　逐漸變淺　氫氧化鐵膠粒帶正電荷 (2)1∶2∶2∶2 (3)鍍件　AgNO3(合理即可)　5.4 g　變小 (4)Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋