第3讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护.docx
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第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护
限时规范训练 [单独成册]限时50分钟
A组（20分钟）
1．对如图装置（铁的防护）的分析正确的是（ ）
A．甲装置是牺牲阳极的阴极保护法
B．乙装置是牺牲阳极的阴极保护法
C．一段时间后甲、乙装置中pH均增大
D．甲、乙装置中铁电极的电极反应式均为2H＋＋2e－===H2↑
解析：
选B。
A项，甲装置中C为阳极，阳极上氯离子失电子，Fe为阴极，阴极上氢离子得电子，属于外加电流的阴极保护法，错误；B项，乙装置中Zn为负极，Fe为正极，正极上氧气得电子，Fe不参加反应，Fe被保护，所以是牺牲阳极的阴极保护法，正确；C项，乙装置中负极Zn失电子，正极氧气得电子，最终生成氢氧化锌，溶液的pH几乎不变，错误；D项，乙中正极上氧气得电子生成氢氧根离子，所以Fe电极上没有氢气生成，错误。
2．若用如图装置（X、Y是直流电源的两极）分别进行下列各组实验，则下表中所列各项对应关系均正确的一组是（ ）
选项
电源
X极
实验前U形
管中液体
混合溶液通电后现象或结论
A
正极
Na2SO4
U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色
B
正极
AgNO3溶液
b管中电极反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C
负极
KCl和CuCl2
相同条件下，a、b两管中产生的气体总体积可能相等
D
负极
Fe（OH）3胶体
b管中液体颜色加深
解析：
选C。
A项，电解Na2SO4溶液，a为阳极，OH－失电子破坏水的电离平衡，阳极周围呈酸性，不会使酚酞变红，错误；B项，电解硝酸银溶液，a为阳极，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，错误；C项，电解KCl和CuCl2的混合溶液，先电解CuCl2，再电解KCl，随着反应的进行，继续电解则为电解水，阳极依次生成Cl2、O2，阴极依次生成Cu和H2，两极产生气体的总体积可能相等，正确；D项，为电泳，Fe（OH）3胶粒带正电，向阴极移动，a管颜色加深，错误。
3．用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是（ ）
A．AgNO3 CuCl2 Cu（NO3）2
B．KCl Na2SO4 CuSO4
C．CaCl2 KOH NaNO3
D．HCl HNO3 K2SO4
解析：
选B。
A.溶液的pH依次为降低、不变、降低，故A错误；B.溶液的pH依次为升高、不变、降低，故B正确；C.溶液的pH依次为升高、升高、不变，故C错误；D.溶液的pH依次为升高、降低、不变，故D错误。
4．（2018·山东潍坊三模）用惰性电极电解FeSO4溶液制备高纯铁的原理如图所示。
下列说法错误的是（ ）
A．阳极主要发生反应：
Fe2＋－e－===Fe3＋
B．可用高纯铁电极作阴极
C．电解液中的SO
由右向左通过阴离子交换膜
D．电解法制备髙纯铁总反应：
3Fe2＋
Fe＋2Fe3＋
解析：
选C。
根据图中信息可知，阳极亚铁离子失电子产生铁离子，发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，A项正确；可用高纯铁电极作阴极，阴极上亚铁离子得电子产生铁单质析出在高纯铁电极上，B项正确；电解池中阴离子SO
定向移动到阳极，故由左向右通过阴离子交换膜，C项错误；电解法制备高纯铁阳极电极反应式为2Fe2＋－2e－===2Fe3＋，阴极电极反应式为Fe2＋＋2e－===Fe，总反应为3Fe2＋
Fe＋2Fe3＋，D项正确。
5．（2019·山西吕梁模拟）关于图中装置说法正确的是（ ）
A．装置中电子移动的途径：
负极→Fe→M溶液→石墨→正极
B．若M为NaCl溶液，通电一段时间后，溶液中可能有NaClO
C．若M为FeCl2溶液，可以实现石墨上镀铁
D．若M是海水，该装置是通过“牺牲阳极的阴极保护法”使铁不被腐蚀
解析：
选B。
装置中电子移动的途径：
负极→Fe电极，石墨→正极，溶液中通过离子导电电子不通过溶液，A项错误；若M为NaCl溶液，通电一段时间后，阳极产生Cl2，溶液中的NaOH与阳极产生的Cl2发生反应生成NaCl和NaClO，所以溶液中可能有NaClO，B项正确；若M为FeCl2溶液，在阳极，溶液中的Cl－失去电子生成Cl2，所以不可能实现石墨上镀铁，C项错误；若M是海水，该装置是电解池，是通过外加电流的阴极保护法使铁不被腐蚀，不是通过“牺牲阳极的阴极保护法”，D项错误。
6．烧杯A中盛放0.1mol·L－1的H2SO4溶液，烧杯B中盛放0.1mol·L－1的CuCl2溶液（两种溶液均足量），装置如图所示，下列说法不正确的是（ ）
A．A中Fe极质量减少，C极有气体产生
B．A为电解池，B为原电池
C．当A烧杯中产生0.1mol气体时，B烧杯中产生气体的物质的量也为0.1mol
D．经过一段时间，B烧杯中溶液的pH增大
解析：
选B。
构成A装置的是活动性不同的电极、电解质溶液，两极形成了闭合的回路，所以A为原电池装置，且A为B的电解提供电能。
电极反应式分别为（烧杯A中）C正极：
2H＋＋2e－===H2↑，Fe负极：
Fe－2e－===Fe2＋。
（烧杯B中）阴极：
Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑。
烧杯B中电解氯化铜，铜离子浓度减小，水解程度减小，pH增大（不考虑Cl2溶于水）。
7．等物质的量的BaCl2、K2SO4和AgNO3溶于水形成混合溶液，用石墨电极电解此溶液，经过一段时间后，阴、阳两极收集到的气体体积之比为3∶2。
下列说法正确的是（ ）
A．阴极反应为Ag＋＋e－===Ag
B．阳极始终发生反应：
2Cl－－2e－===Cl2↑
C．两极共生成三种气体
D．向电解后溶液中通入适量的HCl可使溶液恢复到电解前的状态
解析：
选C。
三种物质溶于水后，发生反应Ba2＋＋SO
===BaSO4↓、Ag＋＋Cl－===AgCl↓，则混合溶液的溶质为KCl和KNO3。
由题意，阴、阳两极收集到的气体体积之比为3∶2，所以阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑和4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴、阳两极共生成氢气、氯气和氧气三种气体，要使电解质溶液复原，需要通入适量的HCl，还需要加入适量的水。
8．下列有关电化学装置的说法正确的是（ ）
A．用图1装置处理银器表面的黑斑（Ag2S），银器表面发生的反应为Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－
B．用图2装置电解一段时间后，铜电极部分溶解，溶液中铜离子的浓度基本不变
C．图3装置中若直流电源的X极为负极，则该装置可实现粗铜的电解精炼
D．图4装置中若M是铜，则该装置能防止铁被腐蚀
解析：
选A。
图1装置中，银器、铝与食盐水构成原电池，银器是正极，银器上的Ag2S发生还原反应生成银，A项正确；图2装置中，铜电极是阴极，铜不参与电极反应，B项错误；图3装置中若X极为负极，则粗铜是阴极，电解精炼铜时粗铜应作阳极，C项错误；图4装置中，铁作负极，铁被腐蚀，D项错误。
9．铁制品生锈、铜表面形成铜绿等都是金属腐蚀现象。
下列说法正确的是（ ）
A．图Ⅰ装置，为了更快更清晰地观察到液柱上升，可采用下列方法：
用酒精灯加热具支试管
B．图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ的正极材料是铁
C．铝制品表面出现白斑可以通过图Ⅲ装置进行探究，Cl－由活性炭区向铝箔表面区迁移，并发生电极反应：
2Cl－－2e－===Cl2↑
D．图Ⅲ装置的总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al（OH）3，生成的Al（OH）3进一步脱水形成白斑
解析：
选D。
加热具支试管，试管内的气体受热膨胀，不能更快更清晰地观察到液柱上升，A项错误；铁腐蚀中铁作负极，B项错误；负极：
Al失电子，C项错误；图Ⅲ装置的总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al（OH）3，生成的Al（OH）3进一步脱水形成白斑，D项正确。
10．采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法，如图是利用此法制备ZnC2O4的示意图（电解液不参与反应）。
下列说法正确的是（ ）
A．Zn与电源的负极相连
B．ZnC2O4在交换膜右侧生成
C．电解的总反应：
2CO2＋Zn
ZnC2O4
D．通入11.2LCO2时，转移0.5mol电子
解析：
选C。
锌化合价升高被氧化，连接电源正极，A项错误；阳离子交换膜只允许阳离子通过，所以ZnC2O4在交换膜左侧生成，B项错误；电解的总反应：
2CO2＋Zn
ZnC2O4，C项正确；没有给出气体状况11.2LCO2的物质的量不一定是0.5mol，转移电子不一定是0.5mol，D项错误。
11．以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池，采用电解法制备Fe（OH）2，装置如图所示，其P端通入CO2。
（1）石墨Ⅰ电极上的电极反应式为__________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）通电一段时间后，右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色，则下列说法中正确的是________（填序号）。
A．X、Y两端都必须用铁作电极
B．可以用NaOH溶液作电解液
C．阴极发生的反应是2H＋＋2e－===H2↑
D．白色沉淀只能在阳极上产生
（3）若将所得Fe（OH）2沉淀暴露在空气中，则其颜色变化为________，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）石墨Ⅰ电极为负极，H2发生氧化反应，且CO
向负极移动参与反应。
（2）电解法制备Fe（OH）2，阳极（Y）必须用Fe作电极，阴极（X）可以不用Fe作电极，A项错误；电解质溶液可以为碱溶液，B项正确；阴极上H＋发生还原反应，C项正确；白色沉淀不一定在阳极区生成，D项错误。
（3）Fe（OH）2暴露在空气中，会被空气中的氧气氧化为Fe（OH）3，现象为白色沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色。
答案：
（1）H2－2e－＋CO
===CO2＋H2O
（2）B、C
（3）白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
B组（30分钟）
12．电溶氧化法回收铼（Re）是美国矿务局为解决低品位钼矿中铼的利用而研究出来的方法，其原理如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．该装置将化学能转化为电能
B．a为电源的负极
C．铂电极发生的电极反应为ReO
＋8H＋＋7e－===Re＋4H2O
D．当电路中转移0.4mol电子时，甘汞电极上产生标准状况下4.48LH2
解析：
选C。
电解池是将电能转化为化学能的装置，A项错误；铂电极上ReO
转化为Re，发生还原反应，电极反应式为ReO
＋8H＋＋7e－===Re＋4H2O，铂电极为阴极，则a为电源的正极，B项错误，C项正确；甘汞电极为阳极，产生O2，D项错误。
13．工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。
下列说法不正确的是（ ）
已知：
①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解 ②氧化性：
Ni2＋（高浓度）>H＋>Ni2＋（低浓度）
A．碳棒上发生的电极反应：
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．电解过程中，B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少
C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH
D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变
解析：
选B。
电极反应式为阳极：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
阴极：
Ni2＋＋2e－===Ni 2H＋＋2e－===H2↑，A项正确；B项，由于C中Ni2＋、H＋不断减少，Cl－通过阴离子膜从C移向B，A中OH－不断减少，Na＋通过阳离子膜从A移向B，所以B中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，错误；C项，由于H＋的氧化性大于Ni2＋（低浓度）的氧化性，所以为了提高Ni的产率，电解过程需要控制废水的pH，正确；D项，若去掉阳离子膜，在阳极Cl－放电生成Cl2，反应总方程式发生改变，正确。
14．四甲基氢氧化铵[（CH3）4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[（CH3）4NCl]为原料，采用电渗析法合成（CH3）4NOH，其工作原理如图所示（a、b为石墨电极，c、d、e为离子交换膜），下列说法不正确的是（ ）
A．N为电源正极
B．标况下制备0.75NA（CH3）4NOH，a、b两极共产生16.8L气体
C．c、e均为阳离子交换膜
D．b极电极反应式：
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
解析：
选B。
电解后左侧四甲基氢氧化铵[（CH3）4NOH]稀溶液转化为浓溶液，说明a极发生还原反应，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，据此判断a为阴极，M为电源负极，N为电源正极，A项正确；b为电解池阳极，电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，制备0.75NA（CH3）4NOH，需要阴极产生0.75NAOH－，转移电子0.75mol，阴、阳极共生成气体
×22.4L＝12.6L，B项错误，D项正确；阴极c（OH－）不断增大，中间原料室的四甲基氯化铵[（CH3）4NCl]电离出的（CH3）4N＋穿过c膜进入左侧阴极室，c膜为阳离子交换膜；原料室的氯化钠稀溶液转化为浓溶液，表明右侧阳极室的钠离子穿过e膜进入原料室，故e膜为阳离子交换膜，C正确。
15．铝石墨双离子电池是一种全新的低成本高效电池。
原理为AlLi＋Cx（PF6）
Al＋xC＋Li＋＋PF
，电池结构如图所示。
下列说法正确的是（ ）
A．放电时，外电路中电子向铝锂电极移动
B．放电时，正极反应为Cx（PF6）＋e－===xC＋PF
C．充电时，应将铝石墨电极与电源负极相连
D．充电时，若电路中转移1mol电子，阴极质量增加9g
解析：
选B。
放电时，铝锂电极中锂失电子作负极，外电路中电子由负极（铝锂电极）向正极（铝石墨电极）移动，A项错误；放电时，正极铝石墨电极上Cx（PF6）得电子产生PF
，电极反应为Cx（PF6）＋e－===xC＋PF
，B项正确；充电时，铝石墨电极为阳极，应与电源正极相连，C项错误；充电时，根据电极反应Li＋＋Al＋e－===AlLi可知，若电路中转移1mol电子，阴极质量增加7g，D项错误。
16．电解原理在物质制备、污水处理等领域应用广泛。
（1）以甲醇为主要原料，电化学合成碳酸二甲酯的工作原理如图1所示：
①电源负极为________（填“A”或“B”），写出阳极的电极反应式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②若参加反应的O2为1.12m3（标准状况），制得碳酸二甲酯的质量为________kg。
（2）高剂量的亚硝酸盐有很大毒性，电化学降解NO
的原理如图2所示：
①阴极反应式为__________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②若电解过程中转移了3mol电子，则膜两侧电解液的质量变化（Δm左－Δm右）为________g。
（3）H3BO3也可以通过电解的方法制备。
工作原理如图3所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：
①写出阳极的电极反应式：
_______________________________________________
________________________________________________________________________。
②分析产品室可得到H3BO3的原因：
_______________________________________
________________________________________________________________________。
写出产品室发生反应的离子方程式：
_______________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）①右侧O2得电子被还原，则右侧为阴极室，B为电源负极，A为电源正极，或根据阳离子（H＋）移向阴极可判断右侧为阴极室。
左侧阳极CO中＋2价的C失电子被氧化为＋4价的C,2CH3OH＋CO－2e－===（CH3O）2CO＋2H＋。
②阴极反应为4H＋＋O2＋4e－===2H2O，总反应为4CH3OH＋2CO＋O2
2（CH3O）2CO＋2H2O，则m[（CH3O）2CO]＝2n（O2）×M[（CH3O）2CO]＝2×
×90g·mol－1＝9000g＝9kg。
（2）右侧氮元素化合价由NO
中＋3价降低到N2中的0价，发生还原反应，据此判断右侧为阴极区，写出阴极反应式为2NO
＋6e－＋4H2O===N2↑＋8OH－。
2NO
＋6e－＋4H2O===N2↑＋8OH－ Δm
6mol28g28g
3mol14g14g
转移3mol电子时，有3molH＋由左侧穿过质子交换膜进入右侧，Δm右＝14g－3g＝11g。
左侧阳极放氧生酸：
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ Δm
4mol32g32g
3mol24g24g
转移3mol电子时，有3molH＋由左侧穿过质子交换膜进入右侧，Δm左＝24g＋3g＝27g。
Δm左－Δm右＝27g－11g＝16g。
（3）阳极是惰性电极电解稀硫酸，电极反应为放氧生酸：
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
阳极室生成的H＋穿过阳膜定向移动到产品室；原料室的B（OH）
穿过阴膜定向移动到产品室，二者反应生成硼酸和水：
H＋＋B（OH）
===H3BO3＋H2O。
答案：
（1）①B 2CH3OH＋CO－2e－===（CH3O）2CO＋2H＋ ②9
（2）①2NO
＋6e－＋4H2O===N2↑＋8OH－
②16
（3）①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
②阳极室的H＋穿过阳膜扩散到产品室，原料室的B（OH）
穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3BO3 H＋＋B（OH）
===H3BO3＋H2O
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