高考化学考点突破训练63电解原理及应用金属的腐蚀与防护.docx
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高考化学考点突破训练63电解原理及应用金属的腐蚀与防护
电解原理及应用 金属的腐蚀与防护
题组训练
1.(2013·天津)为增强铝的耐腐蚀性,现以铅蓄电池为外电源,以Al作阳极、Pb作阴极,电解稀硫酸,使铝表面的氧化膜增厚。
反应原理如下:
电池:
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)+2H2O(l)
电解池:
2Al+3H2O
Al2O3+3H2↑
电解过程中,以下判断正确的是( )
选项
电池
电解池
A
H+移向Pb电极
H+移向Pb电极
B
每消耗3molPb
生成2molAl2O3
C
正极:
PbO2+4H++2e-
===Pb2++2H2O
阳极:
2Al+3H2O-6e-
===Al2O3+6H+
D
解析 原电池中阳离子向正极移动,所以H+移向PbO2极,电解池中,阳离子移向阴极,即H+移向Pb极,A项错误;原电池中消耗3molPb,转移6mole-,在电解池中转移6mole-生成1molAl2O3,B项错误;原电池中正极反应为PbO2+2e-+4H++SO
===PbSO4+2H2O,C项错误;原电池中Pb失电子转化为PbSO4,所以Pb电极质量增加,而电解池中Pb作阴极,不参与反应,所以质量不变,D项正确。
答案 D
2.(2014·山东临沂期末)
有关如图装置的叙述中,正确的是( )
A.若X为锌棒,Y为NaCl溶液,开关K置于M处,可减缓铁的腐蚀,这种方法称为外接电源的阴极保护法
B.若X为碳棒,Y为饱和NaOH溶液,开关K置于N处,保持温度不变,则溶液的pH保持不变
C.若X为银棒,Y为硝酸银溶液,开关K置于N处,铁棒质量将增加,溶液中银离子浓度将减小
D.若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于M处,铜棒质量将增加,此时外电路中的电子向铁电极移动
解析 Fe比Cu活泼,总反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+,Fe电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,A、B错误;Fe(OH)3胶体粒子带正电荷,在电场作用下向阴极移动,C正确;根据电流方向可知
,a为直流电源的正极,电解精炼铜时,c极为粗铜,d极为纯铜,D错误。
A项,若X为锌棒,Y为NaCl溶液,开关K置于M处,该装置是
原电池,锌作负极被腐蚀,铁被保护,这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法,错误;B项,若X为碳棒,Y为饱和NaOH溶液,开关K置于N处,该装置是电解池,碳棒是阳极,铁棒是阴极,保持温度不变,电解后溶液的体积减小,氢氧化钠的浓度不变,则溶液的pH不变,正确
;C项,若X为银棒,Y为硝酸银溶液,开关K置于N处,该装置是电镀池,铁棒质量将增加,但溶液中银离子浓度将不变,错误;D项,若X为铜
棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于M处,铁作负极被腐蚀,铜棒上铜离子得电子析出铜而使铜棒质量将增加,此时外电路中的电子向铜电极移动,错误。
答案 CB
3.(2013·浙江)电解装置如图所示,电解槽内装有KI及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。
在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,一段时间后,蓝色逐渐变浅。
已知:
3I2+6OH-===IO
+5I-+3H2O
下列说法不正确的是( )
A.右侧发生的电极反应式:
2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.电解结束后,右侧溶液中含有IO
C.电解槽内发生
反应的总化学方程式:
KI+3H2O
KIO3+3H2↑
D.如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的总化学反应不变
解析 装置图中左侧电极为阳极,I-失去电子生成I2,右侧电极为阴极,H2O得到电子生成H2,A、C项正确;分析可知,B项正确;D项,如果将阴离子交换膜换为阳离子交换膜,那么阴极产生的OH-不会与I2发生反应,故电解槽内发生的总化学反应要变化,D项错误。
答案 D
4.(2012·安徽)某兴趣小组设计如图所示微型实验装置。
实验时,先断开K2,闭合K1,两极均有气泡产生;一段时间后,断开K1,闭合K2,发现电流表A指针偏转。
下列有关描述正确的是( )
A.断开K2,闭合K1时,总反应的离子方程式为
2H++2Cl-
Cl2↑+H2↑
B.断开K2,闭合K1时,石墨电极附近溶液变红
C.断开K1,闭合K2时,铜电极上的电极反应式为
Cl2+2e-===2Cl-
D.断开K1,闭合K2时,石墨电极作正极
解析 断开K2,闭合K1时,构成电解池,反应的离子方程式为2H2O+2Cl-
H2↑+Cl2↑+2OH-,石墨电极为阳极,发生反应:
2Cl--2e-===Cl2↑;铜电极为阴极,发生反应:
2H++2e-===H2↑,所以铜电极附近溶液变红。
断开K1,闭合K2时,构成原电池,其中石墨电极为正极。
答案 D
5.(2012·浙江)以铬酸钾为原料,电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下:
下列说法不正确的是( )
A.在阴极室,发生的电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑
B.在阳极室,通电后溶液逐渐由黄色变为橙色,是因为阳极区H+浓度增大,使平衡2CrO
+2H+Cr2O
+H2O向右移动
C.该制备过程总反应的化学方程式为4K2CrO4+4H2O
2K2Cr2O7+4KOH+2H2↑+O2↑
D.测定阳极液中K和Cr的含量,若K与Cr的物质的量之比(nK/nCr)为d,则此时铬酸钾的转化率为1-
解析 观察实验装置,阴极反应为:
4H2O+4e-===4OH-+2H2↑,阳极反应为:
2H2O
-4e-===4H++O2↑,阳极室OH-放电,导致H+浓度增大,使平衡2CrO
+2H+Cr2O
+H2O右移,从而在阳极区得到K2Cr2O7,故A、B、C项正确。
D项,设最初阳极室中的K2CrO4为1mol,通电后转化的K2CrO4为xmol,依题意有2(1-x)+
×2=d×1,x=2-d,K2CrO4的转化率为:
×100%,故D项错误。
答案 D
归纳总结
1.分析电解过程的思维程序
(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H+和OH-)。
(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序
阴极:
阳离子放电顺序:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
阳极:
活泼电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。
特别提醒
(1)阴极不管是什么材料,电极本身都不反应,一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。
(2)最常用、最重要的放电顺序是:
阳极:
Cl->OH-;阴极:
Ag+>Cu2+>H+。
(3)电解水溶液时,K+~Al3+不可能在阴极放电,即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
(4)分析电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
2.电极反应式和电解方程式的书写步骤
以写出用石墨作电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。
第一步:
明确溶液中存在哪些离子。
阳离子:
Cu2+、H+;阴离子:
OH-、SO
。
第二步:
判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。
阴极:
Cu2+>H+;阳极:
OH->SO
。
第三步:
写电极反应式和总的电解方程式。
阴极:
2Cu2++4e-===2C
u;阳极:
2H2O-4e-===O2↑
+4H+。
根据
得失电子数相等,两极反应式相加得总方程式:
2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4。
3.规避电解池中方程式书写的3个易失分点
(1)书写电解池中电极反应式时,要以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式。
(2)要确保两极电子转移数目相同,且注明条件“电解”。
(3)电解水溶液时,应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。
考点2
有关电化学的计算
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算。
不论哪类计算,均可概括为下列三种方法:
1.根据电子守恒计算
用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算,其依据是电路上转移的电子数相等。
2.根据总反应式计算
先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列比例式计算。
3.根据关系式计算
由得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁,建立计算所需的关系式。
4e-~4Ag~2Cu~2Cl2~2H2~O2~4H+~4OH-
涉及电化学计算方面的要求不高,主要是能根据总反应式或电极反应式进行计算,有时运用物理中的电量知识解题。
题组训练
6.两个惰性电极插入500mLAgNO3溶液中,通电电解。
当电解液的pH从6.0变为3.0时,(设电解过程中阴极没有H2放出,且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)电极上析出银的质量最大为(
)
A.27mg B.54mg
C.106mgD.216mg
解析 首先结合离子放电顺序,弄清楚两极的反应:
阳极4OH--4e-===O2↑+2H2O;阴极Ag++e-===Ag,电解的总反应式为4AgNO3+2H2O
4Ag+O2↑+4HNO3。
由电解的总反应
式可知,电解过程中生成的n(H+)=n(HNO3)=n(Ag)=(10-3mol·L-1-10-6mol·L-1)×0.5L≈5×10-4mol,m(Ag)=5×10-4mol×108g·mol-1=0.054g=54mg。
答案 B
7.将等物质的量浓度的CuSO4和NaCl等体积混合后,用石墨电极进行电解,电解过程中,溶液pH随时间t变化的曲线如图所示,则下列说法错误的是( )
A.阳极先析出Cl2,后析出O2,阴极先产生Cu,后析出H2
B.AB段阳极只产生Cl2,阴极只产生Cu
C.BC段表示在阴极上是H+放电产生了H2
D.CD段相当于电解水
解析 由于两种溶液的体积相等,物质的量浓度也相等,即溶质的物质的量相等,设CuSO4和NaCl的物质的量各1mol,电解分3个阶段:
[第一阶段]阳极:
1mol氯离子失1mol电子,阴极:
0.5mol铜离子得1mol电子,因为铜离子水解使溶液显酸性,随着电解的进行,铜离子的浓度降低,酸性减弱,pH将增大。
[第二阶段]阳极:
1mol氢氧根离子失1mol电子(来源于水的电离),阴极:
0.5mol铜离子再得1mol电子,因为氢氧根离子消耗,使水溶液中氢离子浓度增大,pH迅速减小。
[第三阶段]阳极:
氢氧根离子失电子,阴极:
氢离子得电子,它们都来源于水的电离,实质是电解水,导致溶液的体积减小,使溶液中氢离子浓度增大,pH继续减小。
答案 C
8.在如图中,甲烧杯中盛有100mL0.50mol·L-1AgNO3溶液,乙烧杯中盛有100mL0.25mol·L-1CuCl2溶液,A、B、C、D均为质量相同的石墨电极,如果电解一段时间后,发现A极比C极重1.9g,则
(1)电源E为________极,F为________极。
(2)A极的电极反应式为____________________________,析出物质________mol。
(3)B极的电极反应式为____________________________,析出气体________mL(标准状况)。
(4)C极的电极反应式为____________________________,析出的物质________mol。
(5)D极的电极反应式为____________________________,析出气体________mL(标准状况)。
(6)甲烧杯中滴入石蕊试液,________(填“A”或“B”)极附近变红,如果继续电解,在甲烧杯中最终得到________溶液。
解析 由电解一段时间后A极比C极重,可知A极上有Ag析出,C极上有Cu析出,若A极上析出银的物质的量为n(Ag),则C极上析出Cu的物质的量为
n(Ag),有关系式108g·mol-1·n(Ag)-64g·mol-1·n(Ag)×
=1.9g,n(Ag)=0.025mol。
由此可知,两电解池内的电解质均是足量的,故两池电极反应式分别为:
A极:
Ag++e-===Ag;B极:
4OH--4e-===2H2O+O2↑;C极:
Cu2++2e-===Cu;D极:
2Cl--2e-===Cl2↑。
A、C两极析出物质的物质的量分别为0.025mol和0.0125mol;B极析出O2的体积为0.00625mol×22.4L·mol-1=0.14L=140mL;D极析出Cl2的物质的量为0.0125mol×22.4L·mol-1=0.28L=280mL。
答案
(1)负 正
(2)4Ag++4e-===4Ag 0.025
(3)4OH--4e-===2H2O+O2↑ 140
(4)Cu2++2e-===Cu 0.0125
(5)2Cl--2e-===Cl2↑ 280
(6)B HNO3
9.
(1)用惰性电极电解400mL一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化),通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1molCuO后,使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,电解过程中转移的电子为________mol。
(2)如果向所得的溶液中加入0.1molCu(OH)2后,使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,电解过程中转移的电子为________mol。
(3)如果向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后,使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解),电解过程中转移的电子为________mol。
解析
(1)电解硫酸铜溶液的反应方程式为2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑,从方程式可以看出,电解硫酸铜过程中只析出铜和释放出氧气,加入0.1molCuO可以使溶液恢复至原来状态,说明参与反应的硫酸铜只有0.1mol,转移的电子为0.2mol。
(2)加入0.1molC
u(OH)2可以使溶液恢复至原来状态,说明电解过程中不仅硫酸铜被电解,而且有水被电解。
0.1molCu(OH)2可以看作是0.1molCuO和0.1molH2O,则转移的电子为0.4mol。
(3)加入0.1molCu2(OH)2CO3可以看作0.2molCuO、0.1molH2O和0.1molCO2,相当于有0.2mol的硫酸铜和0.1mol的水被电解,因此转移的电子为0.6mol。
答案
(1)0.2
(2)0.4 (3)0.6
考点3
金属的腐蚀与防护
1.化学腐蚀与电化学腐蚀
特别提醒
(1)判断一种金属腐蚀是否为电化学腐蚀,应看是否符合原电池的组成条件:
活性不同的两个电极、电解质溶液、构成闭合回路及自发进行氧化还原反应。
(2)金属发生电化学腐蚀时,属于吸氧腐蚀还是析氢腐蚀,取决于电解质溶液酸性的强弱。
2.金属腐蚀快慢的判断方法
(1)电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
(2)同一金属在不同电解质溶液中的腐蚀速率:
强电解质>弱电解质>非电解质。
(3)原电池原理引起的腐蚀速率:
两电极金属活动性相差越大,越易腐蚀。
(4)对于同一电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。
题组训练
10.
(2012·海南)下列叙述错误的是( )
A.生铁中含有碳,抗腐蚀能力
比纯铁弱
B.用锡焊接的铁质器件,焊接处易生锈
C.在铁制品上镀铜时,镀件为阳极,铜盐为电镀液
D.铁管上镶嵌锌块,铁管不易被腐蚀
解析 选项A,生铁中的碳和铁可以在铁的表面构成无数微小的原电池,能加速铁的锈蚀。
选项B,焊接处铁、锡形成无数微小原电池,加速铁的腐蚀。
选项C,电镀时,镀层金属铜作阳极,铁制品作阴极,用铜盐溶液作电镀液。
选项D,由于Zn比Fe活泼,故镶嵌锌块的铁管不易被腐蚀。
答案 C
11.(2014·上海六校联考)如图是用铁铆钉固定两个铜质零件的示意图,若将该零件置于潮湿空气中,下列说法正确的是( )
A.发生电化学腐蚀,铜为负极,铜极产生H2
B.铜易被腐蚀,铜极上发生还原反应,吸收O2
C.铁易被腐蚀,铁发生氧化反应:
Fe-2e-===Fe2+
D.发生化学腐蚀:
Fe+Cu2+===Cu+Fe2+
解析 在潮湿的空气中发生电化学腐蚀,铁比铜活泼,铁作负极,负极发生氧化反应:
Fe-2e-===Fe2+,铁被腐蚀,铜作正极,正极发生还原反应:
O2+2H2O+4e-===4OH-,综上分析,C项正确。
答案 C
12.(2014·湖南三十二校联考)下列与金属腐蚀有关的说法,正确的是( )
A.图1中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重
B.图2中,往烧杯中滴加几滴KSCN溶液,溶液变红色
C.图3中,燃气灶的中心部位容易生锈,主要是由于高温下铁发生化学腐蚀
D.图4中,用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,镁块相当于原电池的正
极
解析 插入海水中的铁棒,除发生化学腐蚀外,靠近液面的地方还会发生电化学腐蚀,越靠近液面腐蚀越严重,A项错误;题图2中Fe作负极,失电子,生成Fe2+,滴加几滴KSCN溶液,溶液不变红色,B项错误;高温下铁发生氧化反应,发生化学腐蚀,C项正确;镁块相当于原电池的负极,失电子,从而保护地下钢铁管道,D错误。
答案 C
13.(2012·山东)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )
A.图a中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重
B.图b中,开关由M改置于N时,CuZn合金的腐蚀速率减小
C.图c中,接通开关时Zn腐蚀速率增大,Zn上放出气体的速率也增大
D.图d中,ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
解析 选项A,图a中,铁棒发生电化学腐蚀,靠近底端的部分与氧气接触少,腐蚀程度较轻,错误;选项B,图b中开关置于M时,CuZn合金作负极,由M改置于N时,CuZn合金作正极,腐蚀速率减小,正确;选项C,图c中接通开关时Zn作负极,腐蚀速率增大,但氢气在Pt极上放出,错误;选项D,图d中ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由Zn的还原作用引起的,错误。
答案 B
14.(2014·长春调研)某小组按图1所示的装置探究铁的吸氧腐蚀。
(1)图2是图1所示装置的示意图,在图2的小括号内填写正极材料的化学式;在方括号内用箭头表示出电子流动的方向。
(2)正极反应式为________________________,负极反应式为________________________。
(3)按图1装置实验,约8min时才看到导管中液柱
上升,下列措施可以更快更清晰地观察到液柱上升的是__________________。
a.用纯氧气代替具支试管内的空气
b.将食盐水浸泡过的铁钉表面撒上铁粉和碳粉的混合物
c.用毛细尖嘴管代替玻璃导管,并向试管的水中滴加少量红墨水
解析
(1)本题是探究铁的吸氧腐蚀,所以正极材料为碳,电子经导线由负极流向正极。
(2)负极反应式为Fe-2e-===Fe2+,正极反应式为2H2O+O2+4e-===4OH-。
答案
(1)C [←]
(2)2H2O+O2+4e-===4OH- Fe-2e-===Fe2+
(3)abc