届高考化学大一轮复习20电解池金属的电化学腐蚀与防护配餐作业.docx

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届高考化学大一轮复习20电解池金属的电化学腐蚀与防护配餐作业

配餐作业（二十）　电解池　金属的电化学腐蚀与防护

A组·全员必做题

1．某研究性学习小组用如图装置研究不同能量之间的转化问题。

下列说法正确的是（　　）

A．断开开关S1，闭合开关S2，化学能转化为电能，电能转化为光能等

B．断开开关S1，闭合开关S2，此时构成的装置属于电解池

C．断开开关S2，闭合开关S1，此时构成的装置属于原电池

D．断开开关S2，闭合开关S1，化学能转化为电能

解析　从装置图可知断开开关S1，闭合开关S2，构成原电池，化学能转化为电能，电能转化为光能等，A项正确，B项错误；断开开关S2，闭合开关S1，此时构成的装置属于电解池，C、D项错误。

答案　A

2．糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。

下列分析正确的是（　　）

A．脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期

B．脱氧过程是铁作原电池正极，电极反应为Fe－3e－―→Fe3＋

C．脱氧过程中碳作原电池负极，电极反应为2H2O＋O2＋4e－

―→4OH－

D．含有1.12g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气336mL（标准状况）

解析　钢铁的吸氧腐蚀为放热反应，A项错误。

脱氧过程，铁为负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋；碳作正极，电极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，B、C项均错误。

根据电极反应可得电池反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2，Fe（OH）2可继续被氧化：

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3，因此可得关系式：

4Fe→3O2,1.12gFe完全反应最多可吸收O2336mL（标准状况），D项正确。

答案　D

3．（2017·湖南岳阳一模）全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。

某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。

关于此方法，下列说法不正确的是（　　）

A．土壤中的钢铁易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池

B．金属棒M的材料应该是比镁活泼的金属

C．金属棒M上发生反应：

M－ne－===Mn＋

D．这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法

解析　金属棒M只要比铁活泼即可，太活泼的金属易与水反应，B选项错误。

答案　B

4．（2017·武汉调研）某同学设计如图所示装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是（　　）

A．石墨电极与直流电源负极相连

B．用湿润淀粉－KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色

C．氢氧化钠在石墨电极附近产生，Na＋向石墨电极迁移

D．铜电极的反应式为：

2H＋＋2e－===H2↑

解析　若该装置是探究氯碱工业原理，则Cu电极应该与电源的负极连接，石墨电极与直流电源正极相连，A项错误；Cu电极为阴极，在阴极发生反应：

2H＋＋2e－===H2↑；在阳极C电极上发生反应：

2Cl－－2e－===Cl2↑；所以用湿润KI淀粉试纸在碳电极附近检验气体，试纸变蓝色，B项错误；由于Cu电极为阴极，在阴极发生反应：

2H＋＋2e－===H2↑；破坏了附近的水的电离平衡，最终在Cu电极附近氢氧化钠产生，Na＋向铜电极迁移，C项错误；铜电极的反应式为：

2H＋＋2e－===H2↑，D项正确。

答案　D

5．（2017·天星高三联考）据报道，近日微软新推出一款诺基亚品牌的功能手机Nokia230，该款手机使用新型锂钒氧化物电池，续航时间可达到27天。

已知电池的总反应为V2O5＋xLi

LixV2O5，下列说法正确的是（　　）

A．电池在放电时，Li＋向电源负极移动

B．充电时阳极的反应为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋

C．放电时负极失重7.0g，则转移2mol电子

D．该电池以Li、V2O5为电极，酸性溶液作介质

解析　电池在放电时，Li＋向正极移动，A项错误；电池充电时阳极发生氧化反应，电极反应式是LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋，B项正确；负极的反应为，每消耗1molLi（7.0g）则转移1mol电子，C项错误；Li是活泼金属，会与酸性溶液反应产生H2，因而电池介质不会是酸性溶液，D项错误。

答案　B

6．（2017·山东重点中学联考）工业上可采用惰性电极处理含Na2SO4的废水，得到其他工业产品。

其原理如图所示，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO

可通过离子交换膜，而两端隔室中的离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述不正确的是（　　）

A．通电后中间隔室的SO

向正极区迁移，电解后正极区pH减小

B．ab为阳离子交换膜，负极区得到NaOH溶液

C．负极区反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低

D．每有1molO2生成，会有4molNa＋进入负极区

解析　电解时阴离子向阳极移动，故SO

向正极区迁移，电解时阳极上OH－发生氧化反应：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，c（OH－）减小，故电解后正极区pH减小，A项正确；负极区H＋放电，c（H＋）减小，Na＋向负极区移动，故ab为阳离子交换膜，负极区得到NaOH溶液，B项正确；负极区H＋放电，发生反应：

2H＋＋2e－===H2↑，c（H＋）减小，pH增大，C项错误；每有1molO2生成，转移4mol电子，根据各电极上转移电子数相同，故有4molNa＋进入负极区，D项正确。

答案　C

7．电渗析法是指在外加电场作用下，利用阴离子交换膜和阳离子交换膜的选择透过性，使部分离子透过离子交换膜而迁移到另一部分水中，从而使一部分水淡化而另一部分水浓缩的过程。

如图是利用电渗析法从海水中获得淡水的原理图，已知海水中含Na＋、Cl－、

Ca2＋、Mg2＋、SO

等离子，电极为石墨电极。

下列有关描述错误的是（　　）

A．阳离子交换膜是A，不是B

B．通电后阳极区的电极反应式：

2Cl－－2e－===Cl2↑

C．阴极可以使用铁丝网增强导电性

D．阴极区的现象是电极上产生无色气体，溶液中出现少量白色沉淀

解析　A项，溶液的Cl－移向阳极放电生成Cl2，为使Cl－通过，所以A为阴离子交换膜，错误；B项，Cl－在OH－前放电，正确；C项，阴极的电极不参加反应，但铁的导电能力强，正确；D项，阴极为H＋放电，留下OH－，与Ca2＋、Mg2＋生成白色沉淀，正确。

答案　A

8．在水中加入等物质的量的Ag＋、Ba2＋、Na＋、SO

、NO

、Cl－。

该溶液放在用惰性材料作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物和还原产物的质量比为（　　）

A．35.5∶108B．16∶137

C．8∶1D．108∶35.5

解析　Ag＋与Cl－生成AgCl↓，Ba2＋与SO

生成BaSO4↓，电解硝酸钠溶液实际上电解水。

答案　C

9．（2017·吉林市第一次摸底考试）用含锌、银杂质的粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液做电解液进行电解，下列有关电解液中

Cu2＋物质的量浓度的叙述中，正确的是（　　）

A．c（Cu2＋）增大B．c（Cu2＋）减小

C．c（Cu2＋）不变D．无法确定

解析　用含锌、银杂质的粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液做电解液进行电解，则在阳极，Zn会失去电子变为Zn2＋进入溶液，溶液中的Cu2＋在阴极得到电子变为Cu析出，因此电解液中Cu2＋物质的量浓度减小，故选项是B。

答案　B

10．（2017·广东五校诊断一）如图甲是一种利用微生物将废水中的尿素（H2NCONH2）的化学能直接转化为电能，并生成环境友好物质的装置，同时利用此装置的电能在铁上镀铜，下列说法中正确的是（　　）

A．乙装置中溶液颜色会变浅

B．铁电极应与Y相连接

C．M电极反应式：

H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋

D．当N电极消耗0.25mol气体时，铜电极质量减少16g

解析　乙装置为电镀装置，电镀液的浓度不变，因此溶液颜色不变，A项错误；电镀时，待镀金属作阴极，与电源负极相连，而N电极上O2转化为H2O发生还原反应，N电极为正极，B项错误；M电极为负极，发生氧化反应：

H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，C项正确；根据N电极反应式：

O2＋4H＋＋4e－===2H2O、铜电极反应式：

Cu－2e－===Cu2＋，由各电极上转移电子数相等，可得关系式：

O2～2Cu，则N电极消耗0.25molO2时，铜电极质量减少0.25mol×2×64g·mol－1＝32g，D项错误。

答案　C

11．利用如图所示装置电解硝酸银溶液和饱和硫酸钠溶液（甲中盛有AgNO3溶液，乙中盛有饱和Na2SO4溶液）。

（1）通电一段时间，观察到湿润的淀粉－KI试纸的______（填“C”或“D”）端变蓝。

（2）装置甲中阳极为_____，阴极的电极反应式为_____________。

（3）装置乙中观察到的现象是__________________。

（4）电解一段时间后，装置甲、乙中共收集到气体0.168L（标准状况下），而且该时间段内装置乙中析出硫酸钠晶体（Na2SO4·10H2O）wg，测得装置甲中溶液的体积为1L，则装置甲中溶液的pH为________。

电解前饱和Na2SO4溶液的质量分数的计算式为________________________（计算时忽略电解过程中的其他副反应）。

解析　

（1）由于D连接电源负极，作阴极，则C极作阳极，发生氧化反应生成I2，故淀粉－KI试纸的C端变蓝。

（2）装置甲中Pt电极作阳极，而Fe极发生还原反应，作阴极。

（3）装置乙中Cu为阳极，发生氧化反应生成Cu2＋，Cu极附近溶液中有Cu2＋的颜色，石墨电极上水得电子，发生还原反应，生成氢气，溶液的pH增大，故生成氢氧化铜沉淀。

（4）相同时间内，装置甲、乙通过的电子的物质的量相等，装置甲中生成1molO2时，装置乙中生成2molH2，故0.168L气体中有1/3是氧气，即氧气为0.056L，且装置甲中存在关系式：

4H＋～O2，故装置甲中c（H＋）＝0.01mol/L，即装置甲中溶液的pH＝2。

对于装置乙，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式为

2H＋＋2e－===H2↑，电解的总反应式为Cu＋2H2O

Cu（OH）2↓＋H2↑。

当阴极析出0.005molH2时，耗水0.01mol，析出的晶体中Na2SO4的质量除以晶体质量和电解时消耗水的质量之和即为饱和溶液的质量分数。

答案　

（1）C

（2）Pt　Ag＋＋e－===Ag

（3）石墨极有气泡产生，Cu极周围变蓝，溶液中出现蓝色沉淀

（4）2　

×100%

12．某课外活动小组用如图装置进行实验，试回答下列问题：

（1）若开始时开关K与a连接，则B极的电极反应式为_________________________________________________________。

（2）若开始时开关K与b连接，则B极的电极反应式为_________________，总反应的离子方程式为_________________。

有关上述实验，下列说法正确的是________（填序号）。

①溶液中Na＋向A极移动

②从A极处逸出的气体能使湿润的KI淀粉试纸变蓝

③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度

④若标准状况下B极产生2.24L气体，则溶液中转移0.2mol电子

（3）该小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。

①该电解槽的阳极反应式为______________________。

此时通过阴离子交换膜的离子数________（填“大于”“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数。

②制得的氢氧化钾溶液从出口（填“A”“B”“C”或“D”）________导出。

③通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因_________________________________________________________。

④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的电极反应式为_________________________________。

解析　

（1）开关K与a相连，装置构成原电池，Fe失去电子为原电池负极。

（2）开关K与b相连，装置构成电解NaCl溶液的电解池，B为电解池的阴极，溶液中的H＋在B极放电生成H2。

电解过程中Na＋应该向阴极B移动；A极产生的气体为Cl2，Cl2能将I－氧化为I2，I2遇淀粉变蓝；根据电解反应：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，电解一段时间后若加入盐酸会增加H2O的质量，应通入HCl气体使其恢复到电解前电解质的浓度；若标准状况下B极产生2.24L气体，即0.1molH2，则有0.2mol电子发生转移，但在溶液中转移的不是电子，而是离子。

（3）①溶液中的OH－在阳极失电子产生O2：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，所以在B口放出O2，从A口导出H2SO4。

溶液中的H＋在阴极得到电子产生H2：

2H＋＋2e－===H2↑，则从C口放出H2，从D口导出KOH溶液。

因SO

所带电荷数大于K＋所带电荷数，SO

通过阴离子交换膜，K＋通过阳离子交换膜，所以通过阳离子交换膜的离子数大于通过阴离子交换膜的离子数。

O2、H2、KOH溶液构成燃料电池时，O2在电池正极放电：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－。

答案　

（1）Fe－2e－===Fe2＋

（2）2H＋＋2e－===H2↑　2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑　②

（3）①4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　小于　②D　③H＋在阴极附近放电，引起水的电离平衡向右移动，使c（OH－）>c（H＋）

④O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B组·重点选做题

13.如图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同（假设通电前后溶液体积不变），A、B为外接直流电源的两极。

将直流电源接通后，F极附近呈红色。

请回答下列问题：

（1）B极是电源的________，一段时间后，甲中溶液颜色________，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明________________________________________________________，

在电场作用下向Y极移动。

（2）若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为________。

（3）现用丙装置给铜件镀银，则H应是____________________

（填“镀层金属”或“镀件”），电镀液是________溶液。

当乙中溶液的pH是13时（此时乙溶液体积为500mL），丙中镀件上析出银的质量为________，甲中溶液的pH________（填“变大”“变小”或“不变”）。

（4）若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生的总反应的离子方程式为________________________________________。

解析　

（1）由装置图知，直流电源与各电解池串联；由“F极附近呈红色”知，F极为阴极，则E极为阳极、D极为阴极、C极为阳极、G极为阳极、H极为阴极、X极为阳极、Y极为阴极、A极为正极、B极为负极。

甲装置是用惰性电极电解CuSO4溶液，由于Cu2＋放电，导致c（Cu2＋）降低，溶液颜色逐渐变浅；丁装置是胶体的电泳实验，由于X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，说明氢氧化铁胶粒带正电荷。

（2）当甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，C、D、E、F电极的产物分别为O2、Cu、Cl2、H2，根据各电极转移电子数相同，则对应单质的物质的量之比为1∶2∶2∶2。

（3）给铜件镀银，根据电镀原理，铜件作阴极，银作阳极，电镀液是可溶性银盐。

当乙中溶液的pH是13时，则乙中n（OH－）＝0.1mol·L－1×0.5L＝0.05mol，即各电极转移电子0.05mol，所以丙中析出银0.05mol；甲装置中由于电解产生H＋，导致溶液的酸性增强，pH变小。

（4）若将C电极换为铁，则铁作阳极发生反应：

Fe－2e－===Fe2＋，D极发生：

Cu2＋＋2e－===Cu，则总反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋

Cu＋Fe2＋。

答案　

（1）负极　逐渐变浅　氢氧化铁胶粒带正电荷

（2）1∶2∶2∶2

（3）镀件　AgNO3（合理即可）　5.4g　变小

（4）Fe＋Cu2＋

Cu＋Fe2＋

14．（2017·河北衡水二中测试）钢铁工业是国家工业的基础，钢铁生锈现象却随处可见，为此每年国家损失大量资金。

请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题：

甲

　　乙

（1）钢铁的电化学腐蚀原理：

在酸性环境中发生析氢腐蚀，在中性或碱性环境中发生吸氧腐蚀。

①分别写出图甲中铁电极和石墨电极的电极反应式：

______________，______________。

②将该装置作简单修改即可成为钢铁电化学防护的装置，请在图甲虚线框内所示位置作出修改，并用箭头标出导线中电子流动方向。

③写出修改后石墨电极的电极反应式：

___________________。

（2）工业上常用盐酸除去铁锈。

现将一生锈的铁片放入盐酸中，溶液中可能发生的化学反应的化学方程式有________________。

（3）在实际生产中，可在铁制品的表面镀铜防止铁被腐蚀。

装置示意如图乙：

①A电极对应的金属是__________（写出元素名称），B电极的电极反应式是________________。

②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12g，则电镀时电路中通过的电子为______mol。

③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因：

________________________________。

解析　

（1）①图甲为原电池，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，石墨作正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。

②利用外加电流的阴极保

护法，在虚线框内添加外接电源，使铁作阴极，电子流动方向与电流方向相反。

③修改后石墨为阳极，氯离子放电：

2Cl－－2e－===Cl2↑。

（2）铁锈成分为Fe2O3，可与盐酸反应：

Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O，FeCl3与Fe反应：

2FeCl3＋Fe===3FeCl2，铁与盐酸反应：

Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑。

（3）①铁制品表面镀铜，则铁作阴极，铜作阳极，A电极是阳极，应为铜，B电极上Cu2＋得电子被还原为Cu。

②二者质量差为5.12g，说明阳极上有2.56g铜被氧化，阴极上生成2.56g铜，转移电子的物质的量为

×2＝0.08mol。

③镀铜铁中铁比铜活泼，镀层破损后在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀，而镀锌铁中，锌比铁活泼，镀层破损后在潮湿环境中形成原电池，锌为负极，被腐蚀，铁被保护。

答案　

（1）①Fe－2e－===Fe2＋　O2＋4e－＋2H2O===4OH－

②

③2Cl－－2e－===Cl2↑

（2）Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O、Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑、2FeCl3＋Fe===3FeCl2

（3）①铜　Cu2＋＋2e－===Cu　②0.08　③铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀