2019年高考化学一轮复习 第六章 化学反应与能量 课时梯级作业十九 6.3 电解池 金属的电化学腐蚀与防护.doc

2019年高考化学一轮复习 第六章 化学反应与能量 课时梯级作业十九 6.3 电解池 金属的电化学腐蚀与防护一、选择题(本题包括7小题,每题6分,共42分)1.(xx赤峰模拟)下列描述中,不符合生产实际的是()A.一元硬币材料为钢芯镀镍,硬币制作时,钢芯应作阴极B.合金的熔点都低于它的成分金属,合金的耐腐蚀性也不一定比其成分金属强C.电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作阴极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D。钢芯镀镍硬币制作时,镍作阳极,钢芯应作阴极,A正确;合金的熔点都低于它的成分金属,合金的耐腐蚀性也不一定比其成分金属强,B正确;电解饱和食盐水用涂镍碳钢网作阴极,C正确;铜板上的铁铆钉处在潮湿的空气中发生电化学腐蚀:Fe-2e-Fe2+,D错误。2.(xx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FeM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NaClOC.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而不是电子,A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正确;若M为FeCl2溶液,在阳极,溶液中的F失去电子变为F,所以不可能实现石墨上镀铁,C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错误。【加固训练】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。题图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;题图2装置中,铜电极是阴极,铜不参与电极反应,B项错误;题图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;题图4装置中,铁作负极,铁被腐蚀,D项错误。3.深埋在潮湿土壤中的铁管道,在硫酸盐还原菌作用下,能被硫酸根腐蚀,其电化学腐蚀原理如图所示,下列与此原理有关的说法错误的是()A.正极反应为S+5H2O+8e-HS-+9OH-B.输送暖气的管道不易发生此类腐蚀C.这种情况下,Fe腐蚀的最终产物为Fe2O3xH2OD.管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀【解析】选C。A.原电池的正极发生还原反应,由图示可知发生的电极反应为S+5H2O+8e-HS-+9OH-,故A正确;B.硫酸盐还原菌是蛋白质,在高温下易变性,失去催化效率,则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀,故B正确;C.由图示可知,Fe腐蚀的最终产物为FeO,故C错误;D.管道上刷富锌油漆,形成Zn-Fe原电池,Fe变为正极,可以延缓管道的腐蚀,故D正确。4.(xx娄底模拟)利用如图所示装置进行实验,甲、乙两池均为1 molL-1的AgNO3溶液,A、B均为Ag电极。实验开始先闭合K1,断开K2,一段时间后,断开K1,闭合K2,形成浓差电池,电流计指针偏转(Ag+浓度越大,氧化性越强)。下列说法不正确的是()A.闭合K1,断开K2后,A极质量增大B.闭合K1,断开K2后,乙池溶液浓度增大C.断开K1,闭合K2后,N向B极移动D.断开K1,闭合K2后,A极发生氧化反应【解析】选C。A项,闭合K1,断开K2后,形成电解池,A为阴极,Ag+发生还原反应生成银,A极质量增大,正确;B项,阳极金属银被氧化,c(Ag+)增大,N向阳极移动,乙池溶液浓度增大,正确;C项,断开K1,闭合K2后,形成浓差电池,由上述分析可知B为正极,A为负极,N向负极移动,错误;D项,A为负极,发生氧化反应,正确。5.在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH ),可获得清洁能源H2。其原理如图所示。不正确的是 ()A.通电后,H+通过质子交换膜向右移动,最终右侧溶液pH减小B.电源B极为负极C.与电源A极相连的惰性电极上发生的反应为CH3COOH-8e-+2H2O2CO2+8H+D.通电后,若有0 .1 mol H2生成,则转移0.2 mol 电子【解析】选A。在阴极上氢离子得电子生成氢气,但是阳离子氢离子会经过交换膜进入阴极室,阴极室的pH几乎保持不变,A错误;右侧产生氢气,说明是阴极,右侧B电极是电源的负极,B正确;在阳极上CH3COOH失电子生成二氧化碳,电极反应式为CH3COOH-8e-+2H2O2CO2+8H+,C正确;在阴极上氢离子得电子生成氢气,即2H+2e-H2,因此若有0.1 mol H2生成,则转移0.2 mol 电子,D正确。6.(xx宝鸡模拟)铁铬氧化还原液流电池是一种低成本的储能电池,电池结构如图所示,工作原理为Fe3+Cr2+Fe2+Cr3+。下列说法正确的是 ()A.电池充电时,b极的电极反应式为Cr3+e-Cr2+B.电池充电时,Cl-从a极穿过选择性透过膜移向b极C.电池放电时,a极的电极反应式为Fe3+3e-FeD.电池放电时,电路中每通过0.1 mol电子,Fe3+浓度降低0.1 molL-1【解析】选A。由图可知,正极(FeCl3/FeCl2+盐酸)、负极(CrCl3/CrCl2),负极反应为Cr2+-e-Cr3+,正极反应为Fe3+e-Fe2+。充电时,b极为阴极,发生还原反应:Cr3+e-Cr2+,A正确;充电时,为电解池,a极(阳极)反应为Fe2+-e-Fe3+,Cl-由b极移向a极,B、C错误;没有溶液的体积,无法计算浓度变化,D错误。7.(能力挑战题)用石墨电极完成下列电解实验。实验一实验二装置现象a、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色;c处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生;n处有气泡产生;下列对实验现象的解释或推测不合理的是()A.a、d处:2H2O+2e-H2+2OH-B.b处:2Cl-2e-Cl2C.c处发生了反应:Fe-2e-Fe2+D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜【解析】选B。a、d处试纸变蓝,说明溶液显碱性,是溶液中的氢离子得到电子生成氢气,氢氧根离子剩余造成的,故A正确;b处变红,局部褪色,说明是溶液中的Cl-失去电子生成Cl2,Cl2溶于水生成HCl和HClO,使溶液呈酸性,pH试纸变红,HClO具有漂白性,使试纸局部褪色,因此b处发生的反应有:2Cl-2e-Cl2,Cl2+H2OHClO+H+Cl-,故B错误;c处为阳极,铁失去电子生成亚铁离子,故C正确;实验一中a、c形成电解池,d、b形成电解池,所以实验二中相当于形成三个电解池(一个球两面为不同的两极),m为电解池的阴极,另一球朝m的一面为阳极(n的背面),相当于电镀,即m上有铜析出,故D项正确。【易错提醒】(1)由实验一的现象,推理可知a、b、c、d分别为阴极、阳极、阳极、阴极。(2)通过实验一、二的现象可以分析出这是多个“串联电路的电解池”,实验一的图可以表示如下:二、非选择题(本题包括4小题,共58分)8.(12分)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-H2D.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)石墨电极为负极,H2发生氧化反应,且C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错误;电解质溶液可以为碱溶液,B正确;阴极上H+发生还原反应,C正确;白色沉淀不一定在阳极区生成,D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-+CCO2+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+2H2O4Fe(OH)39.(15分)(xx景德镇模拟)(1)用间接电化学法除去NO的过程,如图所示:已知电解池的阴极室中溶液的pH在47之间,写出阴极的电极反应式:_。 用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理:_。 (2)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。用石墨作电极,在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图所示),写出阳极产生ClO2的电极反应式:_。电解一段时间,当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时,停止电解,通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为_ mol;用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因:_。 【解析】(1)阴极发生还原反应,是亚硫酸氢根离子得电子生成S2,电极反应式为2HS+2e-+2H+S2+2H2O; S2与一氧化氮发生氧化还原反应,生成氮气和亚硫酸氢根,离子反应方程式为2NO+2S2+2H2ON2+4HS。(2)由题意可知,氯离子放电生成ClO2,由元素守恒可知,有水参加反应,同时生成氢离子,电极反应式为Cl-5e-+2H2OClO2+4H+。在阴极发生2H+2e-H2,氢气的物质的量为0.005 mol,通过阳离子交换膜的阳离子为+1价离子,通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.005 mol2=0.01 mol,电解时阴极H+浓度减小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移动,溶液的pH增大。答案:(1)2HS+2e-+2H+S2+2H2O2NO+2S2+2H2ON2+4HS(2)Cl-5e-+2H2OClO2+4H+0.01在阴极发生2H+2e-H2,H+浓度减小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移动,OH-浓度增大,pH增大10.(15分)利用电化学原理,将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池,模拟工业电解法来处理含Cr2废水,如图所示;电解过程中溶液发生反应:Cr2+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O。(1)甲池工作时,NO2转变成绿色硝化剂Y,Y是N2O5,可循环使用。则石墨是电池的_极;石墨附近发生的电极反应式为_ _。(2)工作时,甲池内的N向_极移动(填“石墨”或“石墨”);在相同条件下,消耗的O2和NO2的体积比为_。(3)乙池中Fe()棒上发生的电极反应为 _。(4)若溶液中减少了0.01 mol Cr2,则电路中至少转移了_mol电子。(5)向完全还原为Cr3+的乙池工业废水中滴加NaOH溶液,可将铬以Cr(OH)3沉淀的形式除去,已知Cr(OH)3存在以下溶解平衡:Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH-(aq),常温下Cr(OH)3的溶度积Ksp=c(Cr3+)c3(OH-)=1.010-32,要使c(Cr3+)降至10-5 molL-1,溶液的pH应调至_。【解析】(1)根据图示知甲池为燃料电池,电池工作时,石墨附近NO2转变成N2O5,发生氧化反应,电极反应式为NO2+N-e-N2O5;石墨是电池的正极,O2得电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+2N2O54N。(2)电池工作时,电解质溶液中的阴离子移向负极,即甲池内的N向石墨极移动;根据两极的电极反应式NO2+N-e-N2O5、O2+4e-+2N2O54N,根据得失电子守恒知,在相同条件下,消耗O2和NO2的体积比为14。(3)乙池为电解池,Fe()棒为电解池的阳极,发生的电极反应为Fe-2e-Fe2+。(4)根据反应Cr2+6Fe2+14H+2Cr3+6Fe3+7H2O知,若溶液中减少了0.01 mol Cr2,则参加反应的Fe2+为0.06 mol,根据电极反应:Fe-2e-Fe2+知电路中至少转移了0.12 mol电子。(5)常温下Cr(OH)3的溶度积Ksp=c(Cr3+)c3(OH-)=1.010-32,c(Cr3+)=10-5 molL-1,则c3(OH-)=1.010-27,c(OH-)=1.010-9 molL-1,c(H+)=10-5 molL-1,溶液的pH应调至5。答案:(1)正NO2+N-e-N2O5(2)石墨14(3)Fe-2e-Fe2+(4)0.12(5)511.(16分)(能力挑战题)铅蓄电池在日常生活中应用广泛。回答下列问题:(1)铅蓄电池放电时的工作原理为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,现用如图装置进行电解(电解液足量),测得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减少11.2 g。请回答下列问题:A是铅蓄电池的_极,铅蓄电池正极反应式为_。Ag电极的电极反应式是_,该电极的电极产物共_g。Cu电极的电极反应式是_,CuSO4溶液的浓度_(填“减小”“增大”或“不变”)。(2)铅蓄电池的PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为_;PbO2也可以石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液制取。阳极发生的电极反应式为_,阴极上观察到的现象是_;若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为_,这样做的主要缺点是_。(3)将Na2S溶液加入如图所示的电解池的阳极区,用铅蓄电池进行电解,电解过程中阳极区发生如下反应:S2-2e-S,(n-1)S+S2-。电解时阴极的电极反应式:_。电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,其离子方程式可写成_。【解析】(1)因电解过程中铁电极质量减少,判断A是电源负极,B是电源正极,铅蓄电池正极反应式为PbO2+4H+S+2e-PbSO4+2H2O。电解时Ag极作阴极,发生2H+2e-H2,转移0.4 mol电子时,析出氢气0.4 g。右侧U形管相当于电镀装置,Zn电极作阴极,电极反应式为Cu2+2e-Cu,铜电极作阳极,电极反应式为Cu-2e-Cu2+,电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变。(2)根据电子得失守恒可得PbO+ClO-PbO2+Cl-。用电解法制PbO2,Pb价态升高,PbO2应为阳极产物,即Pb2+2H2O-2e-PbO2+4H+;阴极Cu2+放电,在石墨极上析出铜;若不加Cu(NO3)2,则阴极为Pb2+放电,损失Pb2+,不能有效利用Pb2+。(3)阴极只有H+得电子生成H2;反应物为、H+,产物有S,所以中S的化合价既升高也降低,有H2S生成,配平即可。答案:(1)负 PbO2+4H+S+2e-PbSO4+2H2O2H+2e-H2 0.4Cu-2e-Cu2+ 不变(2)PbO+ClO-PbO2+Cl-Pb2+2H2O-2e-PbO2+4H+石墨上析出金属Pb2+2e-Pb不能有效利用Pb2+(3)2H+2e-H2+2H+(n-1)S+H2S