资源描述
第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护A组基础题组1.用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液,电解一段时间后,再加入W,能使溶液恢复到电解前的状态,符合题意的一组是()XYZWACFeNaClH2OBPtCuCuSO4Cu(OH)2CCCH2SO4H2ODAgFeAgNO3AgNO3晶体答案C以Fe和C为电极,电解氯化钠溶液,阳极氯离子放电,阴极氢离子放电,通电一段时间后为氢氧化钠溶液,减少的是氯化氢,故A错误;以Pt和Cu为电极,电解硫酸铜溶液,阳极氢氧根离子放电,放出氧气,阴极铜离子放电析出铜,减少的是铜和氧元素,需要加入氧化铜恢复浓度,故B错误;以C为电极,电解硫酸溶液,阳极氢氧根离子放电,阴极氢离子放电,相当于电解水,通电一段时间后仍为硫酸溶液,可以加水让溶液复原,故C正确;以Ag和Fe为电极,电解AgNO3溶液,阳极银放电,阴极银离子放电,相当于电镀,通电一段时间后仍为AgNO3溶液,且浓度不变,不需要加AgNO3固体恢复原样,故D错误。2.(2018云南腾冲高三期末)某蓄电池放电、充电时的反应为Fe+Ni2O3+3H2O Fe(OH)2+2Ni(OH)2,下列推断中正确的是()A.放电时,Fe为正极,Ni2O3为负极B.充电时,阴极上的电极反应式是Fe(OH)2+2e-+2H+ Fe+2H2OC.充电时,Ni(OH)2为阳极,发生还原反应D.该蓄电池的电极是浸在某种碱性电解质溶液中答案D放电时为原电池,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,反应中Fe失去电子,为负极,Ni2O3获得电子,为正极,故A错误;充电时为电解池,阴极发生还原反应,Fe(OH)2在阴极获得电子,阴极上的电极反应式是Fe(OH)2+2e- Fe+2OH-,故B错误;充电时为电解池,阳极发生氧化反应,Ni(OH)2发生氧化反应,为阳极,故C错误;Fe(OH)2、Ni(OH)2只能存在于碱性溶液中,在酸性条件下不能存在,故电解质溶液必须是碱性溶液,故D正确。3.四个电解装置都以Pt作电极,它们分别盛有如下电解质溶液进行电解,电解一段时间后,测定其pH变化,所记录的结果正确的是()选项ABCD电解质溶液HCl溶液AgNO3溶液KOH溶液BaCl2溶液pH变化减小增大增大不变答案C电解盐酸,溶质HCl的量会减少,溶剂的量不变,所以酸性减弱,pH增大,故A错误;电解硝酸银溶液生成硝酸、金属银和氧气,溶液酸性增强,pH减小,故B错误;电解氢氧化钾溶液的实质是电解水,溶质的量不变,溶剂的量减少,碱性增强,pH增大,故C正确;电解氯化钡溶液得到的是氢氧化钡、氢气和氯气,溶液碱性增强,pH增大,故D错误。4.(2018山东潍坊三模)我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀,防护原理如图所示。下列说法中错误的是()A.通电时,锌环是阳极,发生氧化反应B.通电时,阴极上的电极反应式为2H2O+2e-H2+2OH-C.断电时,锌环上的电极反应式为Zn2+2e-ZnD.断电时,仍能防止铁帽被腐蚀答案C通电时,锌环连接电源正极,作阳极,发生氧化反应,A正确;阴极上溶液中的氢离子得电子,所以发生的电极反应为2H2O+2e-H2+2OH-,B正确;断电时发生原电池反应,锌环失电子作负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,C错误;断电时锌作负极,属于牺牲阳极的阴极保护法,D正确。5.(2016课标,11,6分)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,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SO42-可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()A.通电后中间隔室的SO42-离子向正极迁移,正极区溶液pH增大B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C.负极反应为2H2O-4e- O2+4H+,负极区溶液pH降低D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成答案B负极区(阴极)电极反应为:4H+4e- 2H2,正极区(阳极)电极反应为:4OH-4e- 2H2O+O2。A项,通电后SO42-向正极移动,正极区OH-放电,溶液酸性增强,pH减小;C项,负极反应为4H+4e- 2H2,溶液pH增大;D项,当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.25 mol O2生成。6.CuI是一种不溶于水的白色固体,它可由反应2Cu2+4I-2CuI+I2得到。现以石墨为阴极,以Cu为阳极电解KI溶液,通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。电解开始后不久阴极区溶液呈红色,而阳极区溶液呈蓝色,对这些现象的解释正确的是()阴极:2H2O+2e-H2+2OH-,c(OH-)c(H+)阳极:2H2O-4e-4H+O2,O2将I-氧化为I2,I2遇淀粉溶液变蓝阳极:2I-2e-I2,I2遇淀粉溶液变蓝阳极:2Cu-4e-+4I-2CuI+I2,I2遇淀粉溶液变蓝A.B.C.D.答案C以石墨为阴极,Cu为阳极电解KI溶液,通电后溶液中的H+、K+移向阴极,在阴极H+得电子被还原,故正确;I-和OH-移向阳极,阳极Cu失电子产生Cu2+,由信息反应可知2Cu2+4I-2CuI+I2,I2遇淀粉溶液变蓝,故正确。7.某同学用下图所示装置进行铜的电解精炼实验(粗铜中有锌、铁、镍、银等杂质,部分导线未画出),下列说法正确的是()A.a应与c相连接,b应与d相连接B.电解一段时间,b与d两极析出物质的物质的量相等C.电解一段时间,b极附近溶液的pH减小D.电解过程中,Y池中Cu2+的浓度始终不变答案BX池中Zn为负极,接Y池的纯铜,X池中Cu为正极,接Y池的粗铜,故A错误;b极电极反应式为2H+2e- H2,d极电极反应式为Cu2+2e- Cu,所以电解一段时间后,b、d两极析出物质的物质的量相同,故B正确;b极电极反应式为2H+2e- H2,电解一段时间后b极附近溶液pH增大,故C错误;粗铜中含有锌、铁、镍等杂质,电解过程中Y池中Cu2+浓度减小,故D错误。8.(2019安徽合肥高三调研)甲图为一种新型污水处理装置,该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能,乙图是用惰性电极电解饱和食盐水制消毒液的发生器。关于甲、乙的说法不正确的是()A.装置甲的X极要与装置乙中的a极连接B.装置乙中b极的电极反应式为2Cl-2e- Cl2C.当N极消耗1 mol气体时,有2 mol H+通过离子交换膜D.若有机废水中主要含有淀粉,则装置甲中M极反应为(C6H10O5)n+7nH2O-24ne- 6nCO2+24nH+答案C由题图甲分析得出M(或X)为负极,N(或Y)为正极;由图乙分析得出a为阴极,b为阳极。乙的a极要与甲的X极相连接,选项A正确;乙的b极为阳极,氯离子放电,选项B正确;氧气在N电极得到电子,电极反应式为O2+4H+4e- 2H2O,故当N极消耗1 mol气体时,有4 mol H+通过离子交换膜,选项C不正确;因图甲中传递的是质子,淀粉在M极放电,故电极反应式为(C6H10O5)n+7nH2O-24ne- 6nCO2+24nH+,选项D正确。9.某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下),模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知:在直流电源的作用下,双极膜内中间界面层中的水发生电离,生成H+和OH-。下列说法错误的是()A.电极a连接电源的正极B.B为阳离子交换膜C.电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生D.口排出的是淡水答案B根据题干信息确定该装置为电解池,阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动,所以电极a为阳极,连接电源的正极,A正确;水在双极膜A内电离后,氢离子吸引阴离子透过B膜到B膜左侧形成酸,B为阴离子交换膜,B错误;电解质溶液采用Na2SO4溶液,电解时生成氢气和氧气,可避免有害气体的产生,C正确;海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动,淡水从口排出,D正确。10.如下图所示,将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中。(1)闭合K2,该装置为电解装置,则:阴极反应式:。阳极反应式:,如何通过实验检验该电极产物?。总反应的化学方程式:。(2)闭合K2,电解一段时间后,如何操作才能使电解液恢复到电解前的状态?。(3)闭合K1,铁棒上发生的电极反应是,此时石墨棒周围溶液pH如何变化?。(4)闭合K2,电路中通过0.002NA个电子时,两极共产生气体的物质的量是。答案(1)2H+2e-H22Cl-2e-Cl2将湿润的KI-淀粉试纸置于U形管右侧管口,若试纸变蓝,说明产生的气体是Cl22NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2(2)通入HCl气体(3)Fe-2e-Fe2+增大(4)0.002 mol11.某课外小组分别用如图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究。请回答:.用图 1 所示装置进行第一组实验。(1)在保证电极反应不变的情况下,不能替代 Cu 作电极的是(填字母序号)。A.石墨B.铝C.铂D.银(2)N 极发生反应的电极反应式为。.用图 2 所示装置进行第二组实验。实验过程中,观察到与第一组实验不同的现象:两极均有气体产生,Y极区溶液逐渐变成紫红色;停止实验,铁电极明显变细,电解液仍然澄清。查阅资料得知,高铁酸根离子(FeO42-)在溶液中呈紫红色。(3)电解过程中,X 极区溶液的 pH(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)电解过程中,Y 极发生的电极反应之一为 Fe-6e-+8OH- FeO42-+4H2O。若在 X 极收集到672 mL 气体,在 Y 极收集到 168 mL 气体(均已折算为标准状况时气体体积),则Y电极(铁电极)质量减少g。(5)在碱性锌电池中,用高铁酸钾作为正极材料,电池反应为2K2FeO4+3Zn Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2。该电池负极发生的反应的电极反应式为。答案(1)B(2)2H2O+2e- H2+2OH-(3)增大(4)0.28(5)3Zn-6e-+10OH- ZnO+2ZnO22-+5H2O解析(1)在保证电极反应不变的情况下,正极材料必须是不如锌活泼的金属或导电的非金属,铝是比锌活泼的金属,所以不能代替铜,故选B。(2)N电极连接原电池负极,所以是电解池阴极,阴极上氢离子得电子发生还原反应,电极反应式为2H+2e- H2或2H2O+2e- H2+2OH-。(3)电解过程中,阴极上氢离子放电生成氢气,则阴极附近氢氧根离子浓度变大,溶液的pH增大。(4)X电极上析出的是氢气,Y电极上析出的是氧气,且Y电极失电子进入溶液,设铁质量减少为x g,根据转移电子数相等得0.672L22.4L/mol2=0.168L22.4L/mol4+xg56g/mol6,解得x=0.28。(5)正极上高铁酸根离子得电子发生还原反应,电极反应式为2FeO42-+6e-+5H2O Fe2O3+10OH-,负极上锌失去电子发生氧化反应,电极反应式为3Zn-6e-+10OH- ZnO+2ZnO22-+5H2O。B组提升题组12.(2018北京理综,12,6分)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。 在Fe表面生成蓝色沉淀试管内无明显变化试管内生成蓝色沉淀下列说法不正确的是()A.对比,可以判定Zn保护了FeB.对比,K3Fe(CN)6可能将Fe氧化C.验证Zn保护Fe时不能用的方法D.将Zn换成Cu,用的方法可判断Fe比Cu活泼答案D在中,若将Zn换成Cu,此时Fe作负极,其周围必然会出现Fe2+,Fe2+遇K3Fe(CN)6会出现蓝色沉淀,与原来的实验现象相同,也就是说,在中无论与Fe连接的金属活动性如何,实验现象都是一样的,所以用的方法无法判断Fe与Cu的活泼性强弱。13.某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小组利用设计的电解分离装置(如图),使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液,并回收利用。回答和中的问题。.固体混合物的分离和利用(流程图中的部分分离操作和反应条件未标明)(1)反应所加试剂NaOH的电子式为,BC的反应条件为,CAl的制备方法称为。(2)该小组探究反应发生的条件。D与浓盐酸混合,不加热,无变化;加热有Cl2生成,当反应停止后,固体有剩余,此时滴加硫酸,又产生Cl2。由此判断影响该反应有效进行的因素有(填序号)。a.温度b.Cl-的浓度c.溶液的酸度(3)0.1 mol Cl2与焦炭、TiO2完全反应,生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2xH2O的液态化合物,放热4.28 kJ,该反应的热化学方程式为。.含铬元素溶液的分离和利用(4)用惰性电极电解时,CrO42-能从浆液中分离出来的原因是,分离后含铬元素的粒子是;阴极室生成的物质为(写化学式)。答案(1)Na+OH-加热(或煅烧)电解法(2)ac(3)2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s) TiCl4(l)+2CO(g)H=-85.6 kJmol-1(4)在直流电源作用下,CrO42-通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液CrO42-和Cr2O72-NaOH和H2解析本题考查电子式的书写、热化学方程式的书写、电解原理及其应用等。(1)NaOH是离子化合物,其电子式为Na+OH-;固体混合物中含有Al(OH)3和MnO2,加入NaOH溶液,Al(OH)3转化为易溶于水的NaAlO2,MnO2不能溶于NaOH溶液,故固体D为MnO2,溶液A中含有NaAlO2,向溶液A中通入CO2后生成的沉淀B为Al(OH)3,Al(OH)3受热分解生成Al2O3(固体C),工业上常用电解熔融的Al2O3制备金属铝。(2)固体D为MnO2。MnO2与浓盐酸混合,不加热无变化,加热有Cl2生成,说明该反应能否有效进行与温度有关;反应停止后,固体有剩余,滴加硫酸又产生Cl2,说明该反应能否有效进行与溶液的酸度有关。(3)通过分析可知反应生成的还原性气体为CO,易水解成TiO2xH2O的液态化合物为TiCl4,故反应的热化学方程式为2Cl2(g)+TiO2(s)+2C(s) TiCl4(l)+2CO(g)H=-85.6 kJmol-1。(4)依据离子交换膜的性质和电解池的工作原理知,在直流电场作用下,CrO42-通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液;在电解过程中,OH-在阳极室失去电子生成O2,溶液的酸性增强,通过阴离子交换膜移向阳极室的CrO42-有部分转化为Cr2O72-,故分离后含铬元素的粒子是CrO42-和Cr2O72-;H+在阴极室得到电子生成H2,溶液中的OH-浓度增大,混合物浆液中的Na+通过阳离子交换膜移向阴极室,故阴极室生成的物质为NaOH和H2。14.(2018课标,27,14分)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题:(1)KIO3的化学名称是。(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示:“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是。“滤液”中的溶质主要是。“调pH”中发生反应的化学方程式为。(3)KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。写出电解时阴极的电极反应式。电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为,其迁移方向是。与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处有(写出一点)。答案(1)碘酸钾(2)加热KClKH(IO3)2+KOH 2KIO3+H2O(或HIO3+KOH KIO3+H2O)(3)2H2O+2e- 2OH-+H2K+a到b产生Cl2易污染环境等解析(1)KIO3的化学名称是碘酸钾。(2)由于气体的溶解度随温度升高而减小,故“逐Cl2”采用的方法是加热;分析工艺流程和酸化反应所得产物可知,滤液中的溶质主要是KCl;调pH的目的主要是中和H+,故“调pH”中发生反应的化学方程式为KH(IO3)2+KOH 2KIO3+H2O或HIO3+KOH KIO3+H2O。(3)观察电解装置图知,惰性电极a为阳极,惰性电极b为阴极,在碱性条件下,阴极的电极反应式为2H2O+2e- H2+2OH-。电解过程中,阳极I2失去电子生成IO3-,即I2-10e-+12OH- 2IO3-+6H2O,通过阳离子交换膜的离子主要为K+,迁移方向是从a到b。“KClO3氧化法”产生有毒气体Cl2,故与“电解法”相比的不足之处有产生有毒气体Cl2,易污染环境等。
展开阅读全文