电解池金属的电化学腐蚀与防护课时提升作业 二十B 63.docx
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电解池金属的电化学腐蚀与防护课时提升作业二十B63
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课时提升作业二十
电解池 金属的电化学腐蚀与防护(B)
(45分钟 100分)
一、选择题(本题包括7小题,每小题6分,共42分)
1.下列有关电化学原理的说法错误的是( )
A.氯化铝的熔点比氧化铝低,因此工业上最好采用电解熔融氯化铝来制备单质铝
B.电镀时,通常把待镀的金属制品作阴极,把镀层金属作阳极
C.冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属,电解法几乎是唯一可行的工业方法
D.对大型船舶的外壳进行的“牺牲阳极的阴极保护法”,是应用了原电池原理
【解析】选A。
氯化铝是共价化合物,工业上采用电解熔融氧化铝来制备单质铝,A错误;电镀时,通常把待镀的金属制品作阴极,把镀层金属作阳极,B正确;钠、钙、镁、铝是活泼的金属,电解法几乎是唯一可行的工业方法,C正确;对大型船舶的外壳连接更活泼的金属,进行的“牺牲阳极的阴极保护法”,是应用了原电池原理,D正确。
2.(2016·太原模拟)如图是铅蓄电池充、放电时的工作示意图,已知放电时电池反应为PbO2+Pb+4H++2S
2PbSO4+2H2O。
下列有关说法正确的是( )
A.K与N相接时,能量由电能转化为化学能
B.K与N相接时,H+向负极区迁移
C.K与M相接时,所用电源的a极为负极
D.K与M相接时,阳极附近的pH逐渐增大
【解析】选C。
K与N相接时,构成原电池,能量由化学能转化为电能,H+向正极区迁移,A、B错;K与M相接时,构成电解池,电源a极为负极,连接阴极Pb,阳极为PbO2,电解槽中的反应为2PbSO4+2H2O
PbO2+Pb+4H++2S
,阳极附近的H+浓度逐渐增大,pH减小,故C对,D错。
3.(2016·成都模拟)下列叙述正确的是( )
A.K与M连接时,X为硫酸,一段时间后溶液的pH增大
B.K与N连接时,X为氯化钠,石墨电极反应:
2H++2e-
H2↑
C.K与N连接时,X为硫酸,一段时间后溶液的pH增大
D.K与M连接时,X为氯化钠,石墨电极反应:
4OH--4e-
2H2O+O2↑
【解析】选C。
K与M连接时,X为硫酸,该装置是电解池,铁作阴极,氢离子放电生成氢气,石墨作阳极,氢氧根离子放电生成氧气,电解一段时间后溶液的浓度增大,pH减小,A错误;K与N连接时,X为氯化钠,该装置是原电池,铁作负极,石墨作正极,石墨上氧气得电子发生还原反应,电极反应式为2H2O+O2+4e-
4OH-,B错误;K与N连接时,X为硫酸,该装置是原电池,石墨作正极,正极上氢离子放电生成氢气,铁作负极,铁失电子生成+2价铁,溶液的浓度降低,溶液的pH增大,C正确;K与M连接时,X为氯化钠,该装置是电解池,石墨作阳极,铁作阴极,阳极上氯离子放电,所以阳极上的电极反应式为2Cl--2e-
Cl2↑,D错误。
4.(2016·宿州模拟)将H2S通入FeCl3溶液中,过滤后将反应液加入电解槽中电解(如图所示),电解后的溶液还可以循环利用。
该方法可用于处理石油炼制过程中产生的H2S废气。
下列有关说法正确的是( )
A.过滤得到的沉淀可能是FeS和S
B.若有0.20mol的电子转移,一定能得到2.24L的氢气
C.可以用Fe与外接电源的a极相连
D.与a极相连的电极反应为Fe2+-e-
Fe3+
【解析】选D。
H2S与FeCl3反应生成S、盐酸和氯化亚铁,A错误;没有给出氢气所处的条件,不能求氢气的体积,B错误;根据右边生成氢气知b是负极,a是正极,若此时铁是阳极,则被溶解,C错误,D正确。
【加固训练】如图是CO2电催化还原为CH4的工作原理示意图。
下列说法不正确的是( )
A.该过程是电能转化为化学能的过程
B.一段时间后,①池中n(KHCO3)不变
C.一段时间后,②池中溶液的pH一定下降
D.铜电极的电极反应式为CO2+8H++8e-
CH4+2H2O
【解析】选B。
该装置是一个电解池,电解池是将电能转化为化学能的装置,A正确;在电解池的阴极上发生二氧化碳得电子的还原反应,即CO2+8H++8e-
CH4+2H2O,一段时间后,氢离子浓度减小,氢氧根浓度增大,氢氧根会和①池中的碳酸氢钾反应,所以n(KHCO3)会减小,B错误;在电解池的阳极上,是阴离子氢氧根离子发生失电子的氧化反应,所以酸性增强,pH一定下降,C正确;CO2电催化还原为CH4的过程是一个还原反应过程,所以铜电极是电解池的阴极,铜电极的电极反应式为CO2+8H++8e-
CH4+2H2O,D正确。
5.(2016·西安模拟)如图所示甲、乙两个装置,所盛溶液体积和浓度均相同且足量,当两装置电路中通过的电子都是1mol时,下列说法不正确的是( )
A.溶液的质量变化:
甲减小乙增大
B.溶液pH变化:
甲减小乙增大
C.相同条件下产生气体的体积:
V甲=V乙
D.电极反应式:
甲中阴极为Cu2++2e-
Cu,乙中负极为Mg-2e-
Mg2+
【解析】选C。
甲中总反应为2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑,乙中总反应为Mg+2HCl
MgCl2+H2↑,故甲溶液质量减小,乙溶液质量增大,A正确;甲中生成H2SO4,pH减小,乙中消耗盐酸,pH增大,B正确;当两装置电路中通过的电子都是1mol时,甲中产生0.25molO2,乙中产生0.5molH2,故相同条件下,甲、乙中产生气体的体积比为1∶2,C错误;甲中阴极为Cu2+放电,电极反应为Cu2++2e-
Cu,乙中负极为Mg放电,电极反应为Mg-2e-
Mg2+,D正确。
6.假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求,即为理想化。
①~⑧为各装置中的电极编号。
下列说法错误的是( )
A.当K闭合时,A装置发生吸氧腐蚀,在电路中作电源
B.当K断开时,B装置锌片溶解,有氢气产生
C.当K闭合后,整个电路中电子的流动方向为③→②;①→⑧;⑦→⑥;⑤→④
D.当K闭合后,A、B装置中pH变大,C、D装置中pH不变
【解析】选A。
当K闭合时,B装置构成原电池,在电路中作电源,整个电路中电子的流动方向为③→②;①→⑧;⑦→⑥;⑤→④;B装置中消耗H+,pH变大,A装置中相当于电解饱和食盐水,pH变大;C装置中相当于在银上镀铜,pH不变;D装置中相当于铜的电解精炼,pH不变。
【互动探究】
(1)电镀和电解精炼中,溶液中溶质的浓度都不变吗?
提示:
不是。
电镀中溶液的离子浓度不变,但电解精炼时原溶液的浓度会减小。
(2)整个电路中电子的流动方向为①→⑧→⑦→⑥→⑤→④→③→②吗?
提示:
不是。
电子只能在导线中移动,走“旱路”,在溶液中是阴、阳离子导电,即离子走“水路”。
7.(能力挑战题)以纯锌作阴极,以石墨作阳极,电解某浓度的硫酸锌溶液,阴极产物均附在电极上(阴极产物也不再参加反应损耗),通电一段时间后,关闭电源,迅速撤去电极,若在电解后的溶液中加入4.95gZn(OH)2固体,则恰好能使溶液恢复到原浓度,则整个电解过程中,所产生的气体体积为(标准状况)( )
A.0.56LB.1.12L
C.2.24LD.3.36L
【解析】选C。
加入4.95gZn(OH)2时恰好能使溶液恢复到原浓度,Zn(OH)2从组成上可看成ZnO·H2O,所以电解过程中阴极上析出锌和氢气,4.95gZn(OH)2的物质的量=
mol=0.05mol,根据原子守恒知,阳极上析出n(O2)=n[Zn(OH)2]=0.05mol,阴极上析出n(H2)=n[Zn(OH)2]=0.05mol,所以析出气体体积=(0.05+0.05)mol×22.4L·mol-1=2.24L。
二、非选择题(本题包括4小题,共58分)
8.(12分)(2016·衡水模拟)如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。
为研究铁锈蚀的影响因素,某同学做了如下探究实验:
序号
内容
实验现象
1
常温下将铁丝放在干燥的空气中一个月
干燥的铁丝表面依然光亮
2
常温下将铁丝放在潮湿的空气中一小时
铁丝表面依然光亮
3
常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月
铁丝表面已变得灰暗
4
将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时
铁丝表面略显灰暗
5
将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时
铁丝表面已变得灰暗
6
将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时
铁丝表面灰暗程度比实验5严重
回答以下问题:
(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号)______________;在电化学腐蚀中,负极反应是_______________________________________________;
正极反应是_______________________________________________。
(2)由该实验可知,可以影响铁锈蚀速率的因素是________________________
________________________________________________________________。
(3)为防止铁的锈蚀,工业上普遍采用的方法是__________________________
_______(答两种方法)。
【解析】由实验现象(铁丝表面变灰暗)得出发生了电化学腐蚀的实验为3、4、5、6,负极Fe失电子变成Fe2+被腐蚀,正极均为O2放电。
从能否构成原电池的条件等方面来回答问题
(2)。
从改变物质的内部结构方面,从覆盖保护层、原电池原理等方面进行思考来回答问题(3)。
答案:
(1)3、4、5、6
Fe-2e-
Fe2+(或2Fe-4e-
2Fe2+)
2H2O+O2+4e-
4OH-
(2)湿度、温度、O2的浓度、电解质存在
(3)电镀、发蓝等表面覆盖保护层,牺牲阳极的阴极保护法(合理即可)
9.(14分)(2016·芜湖模拟)下图是一个化学过程的示意图。
(1)图中甲池是______________装置(填“电解池”或“原电池”),其中OH-移向______________________________________一极(填“CH3OH”或“O2”)。
(2)写出通入CH3OH的电极的电极反应式:
______________________________
________________________________________________________________。
(3)向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液,附近变红的电极为______极(填“A”或“B”),并写出此电极的反应式:
____________________________。
(4)乙池中总反应的离子方程式为____________________________________。
(5)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40g时,乙池的pH是________(若此时乙池中溶液的体积为500mL);此时丙池某电极析出1.60g某金属,则丙中的某盐溶液可能是________(填序号)。
A.MgSO4B.CuSO4
C.NaClD.AgNO3
【解析】
(1)
(2)分析图中装置,甲池是碱性条件下的甲醇燃料电池,用于发电,甲醇所在电极作负极,O2所在电极为正极,在碱性条件下甲醇的氧化产物为C
,由此写出电极反应式:
CH3OH-6e-+8OH-
C
+6H2O,原电池工作时溶液中的阴离子向负极移动。
(3)(4)碳电极(A极)与原电池装置中通入O2的电极相连,则作阳极,电极反应式为4OH--4e-
O2↑+2H2O,银电极(B极)与原电池装置中通入甲醇的电极相连,则作阴极,电极反应式为Ag++e-
Ag,电解过程的总反应式为4Ag++2H2O
4Ag+
O2↑+4H+,因此当向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液时,附近变红的电极为A电极。
(5)当乙池中B(Ag)电极的质量增加5.40g时,即析出Ag的物质的量为0.05mol,则生成H+的物质的量为0.05mol,由此可得溶液的pH=1。
根据放电规律,本题首先排除选项A和选项C。
当乙池中B(Ag)电极的质量增加
5.40g时,此时转移的电子数为0.05mol,当丙池中电极上析出1.60g金属铜时,正好转移0.05mol电子,因此选项B正确。
当丙装置中为AgNO3溶液,且AgNO3溶液足量时,可知析出金属的质量也应为5.40g,若AgNO3溶液不足时,析出金属的质量必小于5.40g,故选项D也有可能。
答案:
(1)原电池 CH3OH
(2)CH3OH-6e-+8OH-
C
+6H2O
(3)A 4OH--4e-
O2↑+2H2O
(4)4Ag++2H2O
4Ag+O2↑+4H+
(5)1 B、D
10.(16分)认真观察下列装置,回答下列问题:
(1)装置B中PbO2上发生的电极反应方程式为
________________________________________________________________。
连接装置B、C的U形管中装填含有琼脂的KCl饱和溶液,其作用是________
(2)装置A中总反应的离子方程式为________________。
(3)若装置E的目的是在Cu材料上镀银,则X为__________,极板N的材料为__________。
若装置E的目的是验证金属的电化学防腐,则极板N的材料为__________。
【解析】本题的关键是判断原电池,由盐桥可知B、C构成原电池。
Pb作负极:
Pb-2e-+S
PbSO4;PbO2作正极:
PbO2+2e-+S
+4H+
PbSO4+2H2O。
A池中与PbO2相连的Cu为电解池的阳极:
Cu-2e-
Cu2+,Pt电极为阴极:
2H++2e-
H2↑,总反应为Cu+2H+
Cu2++H2↑。
装置E中为电镀。
镀层金属作阳极,镀件作阴极,M为阴极,为铜,N为阳极,为银,溶液为AgNO3溶液。
答案:
(1)PbO2+4H++S
+2e-
PbSO4+2H2O 使装置B、C中的溶液连成通路
(2)Cu+2H+
Cu2++H2↑
(3)AgNO3 Ag 惰性电极(或石墨等不溶性惰性材料)
11.(能力挑战题)(16分)已知铅蓄电池的工作原理为Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O,现用如图装置进行电解(电解液足量),测得当铅蓄电池中转移0.4mol电子时铁电极的质量减少11.2g。
请回答下列问题:
(1)A是铅蓄电池的__________极,铅蓄电池正极反应式为________________
____,放电过程中电解液的密度________(填“减小”“增大”或“不变”)。
(2)Ag电极的电极反应式是____________________,该电极的电极产物共________g。
(3)Cu电极的电极反应式是____________________,CuSO4溶液的浓度________(填“减小”“增大”或“不变”)。
(4)如图表示电解进行过程中某个量(纵坐标x)随时间的变化曲线,则x表示________。
a.各U形管中产生的气体的体积
b.各U形管中阳极质量的减少量
c.各U形管中阴极质量的增加量
【解析】根据在电解过程中铁电极质量的减少可判断A是电源的负极,B是电源的正极,电解时Ag极作阴极,电极反应式为2H++2e-
H2↑,Fe作阳极,电极反应式为Fe-2e-
Fe2+,左侧U形管中总反应式为Fe+2H+
Fe2++H2↑。
右侧U形管相当于电镀装置,Zn电极作阴极,电极反应式为Cu2++2e-
Cu,铜电极作阳极,电极反应式为Cu-2e-
Cu2+,电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变,根据上述分析可得答案。
答案:
(1)负 PbO2+4H++S
+2e-
PbSO4+2H2O 减小
(2)2H++2e-
H2↑ 0.4
(3)Cu-2e-
Cu2+ 不变 (4)b
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