专题6第3单元 电能转化为化学能 金属腐蚀及防护.docx
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专题6第3单元电能转化为化学能金属腐蚀及防护
1.
如图所示,a、b、c均为石墨电极,d为碳钢电极,通电进行电解.假设在电解过程中产生的气体全部逸出,下列说法正确的是（ ）
A．甲、乙两烧杯中溶液的pH均保持不变
B．甲烧杯中a的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
C．当电解一段时间后,将甲、乙两溶液混合,一定会产生蓝色沉淀
D．当b极增重3.2g时,d极产生的气体为2.24L（标准状况）
解析:
选B.电解时甲池中溶液pH下降、乙池中溶液pH上升.若甲池中硫酸铜已经电解完全,则两池相混时不会产生沉淀.当b极生成铜3.2g时,电路中转移电子0.1mol,则d极产生的氢气在标准状况下为1.12L.
2.
（2012·金华四校联考）某同学设计了一种电解法制取Fe（OH）2的实验装置（如图）.通电后,溶液中产生白色沉淀,且较长时间不变色.下列说法中正确的是（ ）
A．电源中“a”为负极,“b”为正极
B．电解池中的电解液不可以是NaCl溶液
C．B电极发生反应:
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．A、B两端都必须使用铁作电极
解析:
选C.Fe（OH）2极易被氧化,采用电解过程中生成的H2排出溶液中的O2,使反应在H2环境中发生,故H2应在B极生成,B极为阴极,b为负极;阳极是铁电极,阴极可为铁电极,也可为其他电极;因为铁作电极,活性电极优先反应,铁失电子,故电解液可以是NaOH或NaCl溶液等.
3．（2012·北京朝阳区高三第一次模拟）科学家P.Tatapudi等人首先使用在空气中电解水（酸性条件下）的方法,阳极制得臭氧,阴极制得过氧化氢.电解总方程式为:
3H2O＋3O2
3H2O2＋O3,下列说法正确的是（ ）
A．阴极反应:
3O2＋6H2O＋6e－===3H2O2＋6OH－
B．阳极反应:
3H2O－6e－===O3＋6H＋
C．每生成标准状况下22.4LO3转移电子3mol
D．电解一段时间后,溶液pH不变
解析:
选B.根据电解池中阳极失电子、阴极得电子,并结合电解总方程式以及题目叙述可知,阳极是水失电子生成臭氧,阴极是氧气得电子生成过氧化氢.A项未考虑到电解质溶液的酸性;C项每生成标准状况下22.4LO3（由水生成）转移电子6mol;随着电解的进行,水减少,溶液的酸性增强.
4．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（双选）（ ）
A．银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
B．当镀锡铁制品的镀层破损时,镀层仍能对铁制品起保护作用
C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
解析:
选AC.银器在空气中久置会被O2所氧化变黑,为化学腐蚀,A正确.当镀层破损时,SnFe可形成原电池,镀层不再起到保护作用,B错.轮船外壳与锌块形成原电池,Zn作负极（阳极）,从而保护Fe正极（阴极）,所以C正确.外加电流的阴极保护法应该让输油钢管与直流电源的负极相连,故D错误.
5.
近年来研究表明,铁的正六价含氧酸盐在能源、环境保护等方面有着广泛的用途.我国学者提出在NaOH浓溶液中用电化学法来制备FeO
装置如图.
在电解过程中阳极上发生的电极反应为________________________________________________________________________,
总电解反应的离子方程式为____________________;电解一段时间后,在阳极上收集到气体为1.12L,在阴极上收集到气体为8.96L（均已换算成标准状况）,则获得FeO
的物质的量为________.
解析:
阳极反应式为:
Fe＋8OH－－6e－===FeO
＋4H2O,阴极反应式为:
6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－,总反应式为:
Fe＋2H2O＋2OH－
FeO
＋3H2↑.一段时间后,阳极反应变为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑,阴极反应不变;n（O2）＝0.05mol,n（H2）＝0.4mol,据电子得失守恒:
6n（FeO
）＋4n（O2）＝2n（H2）,n（FeO
）＝0.1mol.
答案:
Fe＋8OH－－6e－===FeO
＋4H2O
Fe＋2H2O＋2OH－
FeO
＋3H2↑ 0.1mol
1．（2011·高考山东卷）以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌,下列说法正确的是（ ）
A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池,电镀过程是该原电池的充电过程
B．因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C．电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率
D．镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用
解析:
选C.根据原电池的构成条件可知该镀锌装置不能构成原电池,A项错;电镀时能量守恒,而锌析出量与能量的转化无关,只与通过的电量成正比,故B项错;因电流恒定,单位时间内通过导线的电子恒定,故升高温度不改变电解的反应速率,C项正确;镀锌层破损后则构成锌铁原电池,铁作正极,锌作负极,对铁制品仍有保护作用,故D项错.
2．（2011·高考广东卷）某小组为研究电化学原理,设计如图装置.下列叙述不正确的是（ ）
A．a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出
B．a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为:
Cu2＋＋2e－===Cu
C．无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D．a和b分别连接直流电源正、负极,电压足够大时,Cu2＋向铜电极移动
解析:
选D.A项中没有构成原电池,Fe与CuSO4直接反应在Fe片上有Cu析出,A项正确;B项中构成原电池,Cu片作正极,有Cu析出,B项正确;无论a、b是否连接,铁都失去电子,Cu2＋被还原,溶液中阳离子最终变成Fe2＋,C项正确;a接电源正极,b接电源负极,构成电解池,Cu失电子变成Cu2＋,Cu2＋移向Fe电极,得电子析出Cu,D项错误.
3．（2011·高考浙江卷）
将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上,一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区（a）已被腐蚀而变暗,在液滴外沿形成棕色铁锈环（b）,如图所示.导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少.下列说法正确的是（ ）
A．液滴中的Cl－由a区向b区迁移
B．液滴边缘是正极区,发生的电极反应为:
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀,生成的Fe2＋由a区向b区迁移,与b区的OH－形成Fe（OH）2,进一步氧化、脱水形成铁锈
D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板,在铜铁接触处滴加NaCl溶液,则负极发生的电极反应为:
Cu－2e－===Cu2＋
解析:
选B.NaCl溶液滴到一块光亮清洁的铁板表面上,一段时间后在液滴覆盖的圆圈中心区（a）被腐蚀而变暗,实际上是发生了吸氧腐蚀,这时,负极电极反应为:
Fe－2e－===Fe2＋（发生氧化反应）.正极电极反应为:
O2＋2H2O＋4e－===4OH－（发生还原反应）.在液滴外沿,由于Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2,4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3,形成了棕色铁锈环（b）.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板,在铜铁接触处滴加NaCl溶液,由于Fe的金属活动性比铜强,Fe仍为负极,负极发生的电极反应为:
Fe－2e－===Fe2＋.又根据在原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极的规律,Cl－应由b区向a区迁移.所以A、C、D项均错误,B项正确.
一、选择题
1.
如图所示,铜片、锌片和石墨棒用导线连接后插入番茄里,电流计中有电流通过,则下列说法正确的是（ ）
A．锌片是负极 B．两个铜片上都发生氧化反应
C．石墨是阴极D．两个番茄都形成原电池
解析:
选A.由于番茄汁显酸性,Zn和Cu的活泼性不同,且Zn能与H＋反应,因此左侧为原电池,右侧为电解池.在左侧,Zn作负极,Cu作正极,在右侧C作阳极,Cu作阴极,故A正确.
2．（2012·温州高三调研）如图为用惰性电极电解CuCl2溶液,并验证其产物的实验装置,则下列说法不正确的是（ ）
A．电源a极为负极
B．KI淀粉溶液会变蓝
C．可以将惰性电极Ⅰ换为铜棒
D．惰性电极Ⅰ上发生的电极反应为:
Cu－2e－===Cu2＋
解析:
选D.根据实验装置,可以判断Ⅱ电极产生氯气,即a极是负极.电极Ⅱ处产生氯气,KI淀粉溶液会变蓝,电极Ⅰ是阴极,用铜棒不会影响电解.
3．电解100mL含c（H＋）＝0.30mol/L的下列溶液,当电路中通过0.04mol电子时,理论上析出金属质量最大的是（ ）
A．0.10mol/LAg＋B．0.02mol/LZn2＋
C．0.20mol/LCu2＋D．0.20mol/LPb2＋
解析:
选C.根据离子的放电顺序可知,当电路中通过0.04mol的电子时,能析出金属的只有选项A和C,100mL溶液中分别含有Ag＋:
0.01mol,1.08g;Cu2＋:
0.02mol,1.28g可知选C.
4.
（2012·武汉高三调研）在800℃～1000℃时电解TiO2可制得钛,装置如图所示.下列叙述正确的是（ ）
A．a为电源的正极
B．石墨电极上发生还原反应
C．阴极发生的反应为:
TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
D．每生成0.1mol钛,转移电子0.2mol
解析:
选C.由O2－移动方向可知b为电源正极,A项错误;b为电源正极,石墨电极上发生氧化反应,B项错误;每生成0.1mol钛,转移电子0.4mol,D项错误.
5．16岁时,美籍华裔科学家钱永健就凭借一个“金属易受硫氰酸盐腐蚀”的调查项目,荣获“美国西屋科学天才奖”.下列叙述正确的是（ ）
A．金属腐蚀就是金属失去电子被还原的过程
B．将水库中的水闸（钢板）与外加直流电源的负极相连,正极连接到一块废铁上可防止水闸被腐蚀
C．合金的熔点都高于它的成分金属,合金的耐腐蚀性也都比其成分金属强
D．铜板上的铁铆钉处在潮湿的空气中直接发生反应:
Fe－3e－===Fe3＋,继而形成铁锈
解析:
选B.A项,金属失去电子,被氧化;B项正确,用外加电流的阴极保护法保护金属;C项,合金的熔点比其成分金属的熔点低;D项,应为Fe－2e－===Fe2＋.
6．用铂电极电解下表中各组物质的稀溶液（如图）一段时间后,甲、乙两池中溶液的pH均减小,且在①和④两极的电极产物的物质的量之比为1∶2的是（ ）
选项
A
B
C
D
甲
KOH
H2SO4
Na2SO4
CuSO4
乙
CuSO4
AgNO3
HCl
HNO3
解析:
选D.甲中电解KOH时,实质为电解水,电解质溶液浓度增大,溶液pH增大,A不正确;甲中为硫酸时,甲中pH减小,①为阳极生成氧气,④为阴极生成银单质,当有1mol氧气生成时会生成4mol的银单质,B不正确;甲中为Na2SO4时,通电之后溶液pH不发生变化,C不正确;甲为硫酸铜溶液时,①为阳极:
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑,阴极:
Cu2＋＋2e－===Cu,溶液pH减小,乙中为硝酸,电解时溶液pH减小,④为阴极:
2H＋＋2e－===H2↑,当转移电子数相同时,在①和④两极的电极产物的物质的量之比为1∶2,D正确.
7．如图装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b极附近溶液呈红色.下列说法中不正确的是（ ）
A．X是正极,Y是负极
B．X是负极,Y是正极
C．CuSO4溶液的pH逐渐减小
D．NaCl溶液的pH逐渐变大
解析:
选B.根据实验现象知道,b极是电解池的阴极,则X是正极,Y是负极.烧杯内电解CuSO4溶液,产物为Cu、O2和H2SO4,电解后溶液酸性增强,U形管电解NaCl溶液,产物为Cl2、H2和NaOH,溶液的碱性增强.
8．（2012·温州高三调研）关于下列装置说法正确的是（ ）
A．装置①中,盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
B．装置②工作一段时间后,a极附近溶液的pH增大
C．用装置③精炼铜时,c极为粗铜
D．装置④中电子由Zn流向Fe,装置中有Fe2＋生成
解析:
选B.①为原电池,Zn作负极,Cu作正极,溶液中的阳离子（K＋）移向正极（Cu片）;②为电解池,a极为阴极,阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑,破坏了水的电离平衡,H2O
cH＋＋OH－,平衡正向移动生成大量OH－,pH增大;③为电镀池,粗铜作阳极,精铜作阴极,电解质溶液为CuSO4（aq）;④为原电池,Zn比Fe活泼,Zn作负极,Fe作正极,发生析氢腐蚀,电子由Zn片流向Fe片.
9．（2012·安徽江南十校联考）利用如图装置,能完成很多电化学实验.下列有关此装置的叙述中,不正确的是（ ）
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,这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法
B．若X为碳棒,Y为NaCl溶液,开关K置于N处,可减缓铁的腐蚀,溶液中的阳离子向铁电极移动
C．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铜电极移动
D．若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于N处,铁棒质量将增加,溶液中铜离子浓度将减小
解析:
选D.A项中锌的活泼性比铁强,可减缓铁的腐蚀,这种方法的名称也正确,正确;B项是外加电流的阴极保护法,可减缓铁的腐蚀,溶液中的阳离子向阴极移动,正确;C项是原电池,铜是正极,质量将增加,铁是负极,此时外电路中的电子由负极向正极移动,正确;D项是在铁棒上镀铜,铁棒质量将增加,但溶液中各离子浓度都不发生变化,错误.
10．500mLKNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO
）＝5.0mol/L,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到11.2L气体（标准状况）,假定电解后溶液体积仍为500mL,下列说法不正确的是（ ）
A．原混合溶液中c（K＋）为3mol/L
B．上述电解过程中共转移1mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.5mol
D．电解后溶液中c（H＋）为2mol/L
解析:
选B.阳极反应为:
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O,根据气体的量可知转移电子的物质的量为2mol,阴极反应为:
Cu2＋＋2e－===Cu,Cu2＋放电结束后H＋放电,2H＋＋2e－===H2↑,H＋放电时转移电子的物质的量为1mol,说明Cu2＋放电时转移电子的物质的量为1mol,则n（Cu）＝0.5mol,c（Cu2＋）＝1mol/L,根据电荷守恒得:
c（K＋）＋2c（Cu2＋）＝c（NO
）,求得c（K＋）为3mol/L.B选项错误.
二、非选择题
11．钢铁工业是国家工业的基础,请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题.
（1）生产中可用盐酸来除铁锈.现将一生锈的铁片放入盐酸中,当铁锈被除尽后,溶液中发生的化合反应的化学方程式为
________________________________________________________________________.
（2）下列哪些装置可防止铁棒被腐蚀________.
（3）在实际生产中,可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀.装置示意如图:
①A电极对应的金属是________（写元素名称）,B电极的电极反应式是________________________________________________________________________.
②若电镀前A、B两金属片质量相同,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）铁锈的主要成分为氧化铁的水合物,与盐酸反应后生成了三价铁离子,而后铁与三价铁离子会化合生成亚铁离子.
（2）B中锌比铁活动性强,为牺牲阳极的阴极保护法,D为外加电流的阴极保护法.A、C均易使铁棒腐蚀.（3）为在铁表面镀铜需将铁作阴极、铜作阳极,当析出1mol铜时,两电极的质量差为64＋64＝128（g）,转移2mol电子,当质量差为5.12g时,电路中通过的电子为0.08mol.
答案:
（1）2FeCl3＋Fe===3FeCl2
（2）BD
（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,而镀锌铁镀层破坏后,锌作负极铁作正极,铁不易腐蚀（其他答案合理也可）
12．如图所示,A、F为石墨电极,B、E为铁片电极.按要求回答下列问题.
（1）打开K2,闭合K1时.B为________极,A的电极反应为________________,最终可观察到的现象是________________________,涉及的化学反应方程式有:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
（2）打开K1,闭合K2时.E为________极,F极的电极反应为__________________________,检验F极产生气体的方法是________________________________________________________________________.
（3）若往U形管中滴加酚酞试液,进行
（1）
（2）操作时,A、B、E、F电极周围能变红的是________.
解析:
（1）当打开K2,闭合K1时,刚好形成原电池,较活泼的Fe作负极,A作正极,在正极溶液中O2得电子发生还原反应,即发生吸氧腐蚀,生成Fe（OH）2,进一步被氧化为红褐色的Fe（OH）3.
（2）打开K1,闭合K2,形成电解池,故E为电解池的阴极,F为电解池的阳极,在阳极Cl－失电子生成Cl2.
（3）A、E两极都生成了OH－,故遇酚酞试液会变红.
答案:
（1）负 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 溶液中有红褐色沉淀生成 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2;4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
（2）阴 2Cl－－2e－===Cl2↑ 用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近F,若试纸变蓝,则产生的气体是Cl2
（3）A、E
13．如下图所示,某同学设计一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜.
根据要求回答相关问题:
（1）通入氧气的电极为________（填“正极”或“负极”）,写出负极的电极反应式________________________________________________________________________.
（2）铁电极为________（填“阳极”或“阴极”）,石墨电极（C）的电极反应式为________________________________________________________________________.
（3）反应一段时间后,乙装置中生成氢氧化钠主要在________（填“铁极”或“石墨极”）区,简述理由是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
（4）如果粗铜中含有锌、银等杂质,丙装置中阳极上电极反应式为________________________________________________________________________,
反应一段时间,硫酸铜溶液浓度将________（填“增大”、“减小”或“不变”）.
（5）若在标准状况下,有2.24L氧气参加反应,则乙装置中铁电极上生成的气体的分子数为________;丙装置中阴极析出铜的质量为________.
解析:
甲装置中甲醚（CH3OCH3）与氧气反应,甲醚被氧化,氧气被还原,故在正极通入氧气,在负极通入甲醚.甲醚在碱溶液中最终生成CO
和H2O.乙装置中铁极与负极相连,铁极为阴极,石墨（C）极为阳极;丙装置中粗铜为阳极,与甲的正极相连,精铜为阴极.由于粗铜中含有锌等比铜活泼的金属,Zn2＋得电子能力比Cu2＋弱,根据电子守恒,阳极铜、锌失去电子总数等于阴极上析出的铜得电子总数,故硫酸铜溶液浓度会降低.n（O2）＝0.1mol,O2＋2H2O＋4e－===4OH－,n（e－）＝0.4mol,乙装置中,铁极为阴极生成H2,根据电子守恒知,n（H2）＝0.2mol,丙装置中阴极:
Cu2＋＋2e－===Cu,由电子守恒知,m（Cu）＝0.2mol×64g/mol＝12.8g.
答案:
（1）正极 CH3OCH3＋16OH－－12e－===2CO
＋11H2O
（2）阴极 2Cl－－2e－===Cl2↑
（3）铁极 石墨（C）极为阳极,氯离子发生氧化反应,铁极为阴极,H＋反应,OH－过量,由于阳离子交换膜只允许钠离子向阴极区移动,故氢氧化钠主要在阴极区生成
（4）Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋ 减小
（5）0.2×6.02×1023 12.8g
14．铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等.
（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式:
________________________________________________________________________.
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