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第三单元电解池金属的腐蚀与防护1.很多银纪念币材料为铜芯镀银,依据所掌握的电化学原理知识判断,下列说法正确的是()A.制作这种银纪念币时,纯银作阳极B.银纪念币制作过程中保持电流恒定,升高温度会加快电镀的速率C.电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)保持不变D.锌、铜、稀硫酸组成的原电池中,放电一段时间后,铜片质量减小答案A铜芯上镀银时,应用铜器作阴极、纯银作阳极,A正确;电镀的速率只与电路中通过电子的速率有关,所以保持电流恒定,升高温度,电镀的速率不变,B错误;电解精炼铜时,粗铜作阳极,粗铜中的Zn、Fe等杂质也失电子产生Zn2+、Fe2+等,阴极上只析出铜,故溶液中c(Cu2+)减小,C错误;铜锌原电池中,铜作正极,其质量不变,D错误。2.(2017课标,11,6分)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是()A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整答案C本题考查金属的腐蚀和防护。C项,高硅铸铁为惰性辅助阳极,不可能损耗,错误。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.埋在地下的钢管常用如图所示方法加以保护,使其免受腐蚀。关于此方法,下列说法正确的是()A.金属棒X的材料可能为铜B.金属棒X的材料可能为碳C.钢管附近土壤的pH可能会上升D.这种方法称为外加电流的阴极保护法答案CX必须是比Fe活泼的金属,A、B错误;钢管是原电池的正极,所以电极反应为2H2O+O2+4e- 4OH-,C正确;这种方法没有外加电流,D错误。5.关于下列各装置图的叙述中,不正确的是() A.用装置精炼铜,则a极为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液B.装置的总反应是:Cu+2Fe3+ Cu2+2Fe2+C.装置中钢闸门应与外接电源的负极相连D.装置中的铁钉几乎没被腐蚀答案B根据装置中电流的方向可知a为电解池的阳极,则用来精炼铜时,a极为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液,故A正确;铁比铜活泼,为原电池的负极,发生的总反应为Fe+2Fe3+ 3Fe2+,故B错误;装置为外加电流的阴极保护法,钢闸门应与外接电源的负极相连,故C正确;浓硫酸具有吸水性,在干燥的环境中铁难以被腐蚀,故D正确。6.在常温下用惰性电极电解1 L pH=6的硝酸银溶液,装置如图所示。关于该电解池,下列叙述中不正确的是()A.在电解过程中烧杯中溶液的pH逐渐减小B.电极增重216 g,则电极上生成11.2 L气体C.要使电解后的溶液恢复原状可以加入Ag2O固体D.溶液中离子的流向为:Ag+ 电极,NO3- 电极答案B用惰性电极电解硝酸银溶液,总反应为4AgNO3+2H2O 4Ag+O2+4HNO3,由于HNO3的生成,电解过程中溶液的pH减小,A正确;根据装置图中电子的流向可知电极作阴极,电极反应为Ag+e- Ag,电极作阳极,电极反应为2H2O-4e- 4H+O2,根据得失电子守恒可知,n(e-)=n(Ag)=216 g108 g/mol=2 mol,n(O2)=0.5 mol,在标准状况下的体积是11.2 L,B项未指明标准状况下;电解硝酸银溶液过程中析出Ag,放出O2,故加入Ag2O固体可使电解后的溶液恢复原状(2Ag2O+4HNO3 4AgNO3+2H2O),C正确;电解池工作时,溶液中阳离子移向阴极,阴离子移向阳极,D正确。7.氢氧化锂是制取锂和锂的化合物的原料,用电解法制备氢氧化锂的工作原理如下图所示:下列叙述不正确的是()A.b极附近溶液的pH增大B.a极发生的反应为2H2O-4e- O2+4H+C.该法制备LiOH还可得到硫酸和氢气等产品D.当电路中通过1 mol电子时,可得到2 mol LiOH答案D根据离子的移动方向可推出石墨a是阳极,石墨b是阴极;a极发生氧化反应,即2H2O-4e- O2+4H+,H+结合SO42-得硫酸;b极H+得电子放出氢气,c(OH-)增大,溶液的pH增大,OH-结合Li+生成LiOH;由得失电子守恒知,电路中通过1 mol电子时,得到1 mol LiOH。8.利用如图装置探究铁在海水中的电化学防护,下列说法不正确的是()A.若X为锌棒,开关K置于M处,可减缓铁的腐蚀B.若X为锌棒,开关K置于M处,铁电极发生的反应为:Fe-2e- Fe2+C.若X为碳棒,开关K置于N处,可减缓铁的腐蚀D.若X为碳棒,开关K置于N处,铁电极的反应:2H+2e- H2答案B若X为锌棒,开关K置于M处,形成原电池,此时金属锌为负极,金属铁为正极,氧气在铁电极上发生还原反应,金属铁被保护,可减缓铁的腐蚀,故A正确、B错误;若X为碳棒,开关K置于N处,形成电解池,此时金属铁为阴极,H+在铁电极上发生还原反应,铁被保护,可减缓铁的腐蚀,故C、D正确。9.电解NO制备NH4NO3的工作原理如图所示,X、Y均为Pt电极,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A。下列说法正确的是()A.物质A为NH3B.X电极为电解池的阳极C.Y电极上发生了还原反应D.Y电极反应式为NO-3e-+4OH- NO3-+2H2O答案A结合题中电解NO制备NH4NO3的装置图可知,阳极反应为NO-3e-+2H2O NO3-+4H+,阴极反应为NO+5e-+6H+ NH4+H2O,由两电极反应可知,总反应方程式为8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3,因此若要使电解产物全部转化为NH4NO3,则需补充NH3,A项正确;由于X电极上生成NH4+,故X电极为阴极,Y电极为阳极,Y电极发生氧化反应,Y电极的反应式为NO-3e-+2H2O NO3-+4H+,B、C、D项错误。10.用图甲装置电解一定量的CuSO4溶液,M、N为惰性电极。电解过程实验数据如图乙所示,横轴表示电解过程中转移电子的物质的量,纵轴表示电解过程产生气体的总体积。下列说法不正确的是()A.A点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态B.电解过程中N电极表面先有红色物质生成,后有气泡产生C.Q点时M、N两电极上产生的气体在相同条件下总体积相同D.若M电极材料换成Cu,则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变答案A惰性材料作电极,阳极的电极反应式为2H2O-4e-O2+4H+,阴极上Cu2+先放电,即P点前阴极的电极反应式为Cu2+2e-Cu,P点后,阴极的电极反应式为2H+2e-H2,即A点是电解完CuSO4后,又电解了一部分水,只加入CuO不能恢复到原来的状态,故A说法错误;N极接电源的负极,N极上先有红色固体铜析出,然后有气泡产生,故B说法正确;Q点的气体来自两个阶段,第一阶段:阳极电极反应式为2H2O-4e-4H+O2,阴极电极反应式为Cu2+2e-Cu,第二阶段:阳极电极反应式为2H2O-4e-4H+O2,阴极反应式为2H+2e-H2,P点产生的气体为氧气,其体积为b L,从P点到Q点为第二阶段,阴极产生的气体体积为2b L,阳极产生的气体体积为b L,阳极气体总体积为(b+b)L=2b L,故C说法正确;若M电极换成Cu,则阳极上发生反应Cu-2e-Cu2+,阴极反应式为Cu2+2e-Cu,因此电解过程中CuSO4溶液的浓度不变,故D说法正确。11.电化学在日常生活中用途广泛,图甲是镁次氯酸钠燃料电池,电池总反应为:Mg+ClO-+H2OCl-+Mg(OH)2,图乙是含Cr2O72-的工业废水的处理。下列说法正确的是()A.图甲中发生的氧化反应是Mg2+ClO-+H2O+2e-Cl-+Mg(OH)2B.图乙中惰性电极上有O2放出C.图乙中Cr2O72-向惰性电极移动,与该极附近的OH-结合转化成Cr(OH)3而被除去D.若图甲中3.6 g镁产生的电量用于图乙废水处理,理论上图乙中有8.4 g阳极材料参与反应答案DA项,所给反应为还原反应,故错误;B项,图乙中惰性电极为阴极,有H2放出,故错误;C项,图乙中Cr2O72-向阳极(金属铁)移动,故错误。12.某可充电电池的原理如图所示,已知a、b为惰性电极,溶液呈酸性。充电时右槽溶液颜色由绿色变为紫色。下列叙述正确的是()注:V2+为紫色,V3+为绿色,VO2+为黄色,VO2+为蓝色A.放电时,H+从左槽迁移进右槽B.放电过程中,左槽溶液颜色由黄色变为蓝色C.充电时,b极接直流电源正极,a极接直流电源负极D.充电过程中,a极的电极反应式为VO2+2H+e-VO2+H2O答案B充电时右槽溶液颜色由绿色变为紫色,即V3+V2+,充电时b作阴极,接直流电源负极,a极接直流电源正极,C错误;放电时,b是负极,a是正极,a极发生还原反应,即VO2+VO2+,左槽溶液颜色由黄色变为蓝色,H+从右槽迁移进左槽,A错误,B正确;充电过程中,a极是阳极,电极反应式为VO2+-e-+H2OVO2+2H+,D错误。13.人类活动产生的CO2长期积累,威胁到生态环境,其减排问题受到全世界关注。(1)工业上常用高浓度的K2CO3 溶液吸收CO2,得到溶液X,再利用电解法使K2CO3 溶液再生,其装置示意图如图1,在阳极区发生的反应包括和H+HCO3- H2O+CO2。 图1(2)已知某种甲醇燃料电池中,电解质溶液呈酸性,示意图如图2,工作结束后,B电极室溶液的pH与工作前相比将(填 “增大” “减小”或“不变”,溶液体积变化忽略不计)。A电极附近甲醇发生的电极反应式为。 图2答案(1)4OH-4e- 2H2O+O2(2)不变CH3OH+H2O-6e- 6H+CO2解析(1)阳极上氢氧根离子放电生成氧气和水,电极反应式为4OH-4e- 2H2O+O2 。(2)电池的总反应为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O,因溶液体积变化忽略不计且H+没有净消耗,所以B电极室溶液pH不变;A电极上甲醇失去电子发生氧化反应,电极反应式为 CH3OH+H2O-6e- 6H+CO2。14.(2017江苏单科,16,12分)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为。(2)向“过滤”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH(填“增大”“不变”或“减小”)。(3)“电解”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是。(4)“电解”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式为,阴极产生的物质A的化学式为。(5)铝粉在1 000 时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于AlN的制备,其主要原因是。答案(1)Al2O3+2OH-2AlO2-+H2O(2)减小(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化(4)4CO32-+2H2O-4e-4HCO3-+O2H2(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜解析(1)Al2O3是两性氧化物,能与强碱反应生成AlO2-和H2O。(2)“碱溶”时,NaOH溶液应过量,则在“过滤”所得滤液中一定含有过量的NaOH,当加入NaHCO3溶液时,HCO3-+OH- CO32-+H2O,使c(OH-)减小,故pH减小。(3)电解熔融Al2O3时,阳极反应式为:2O2-4e- O2,O2会与石墨发生化学反应,从而消耗石墨。(4)阳极应是H2O电离出的OH-放电,生成O2和H+,在Na2CO3溶液充足的条件下,H+与CO32-反应生成HCO3-,故阳极的电极反应式为:4CO32-+2H2O-4e- 4HCO3-+O2;阴极的电极反应式为:4H2O+4e- 2H2+4OH-,所以物质A为H2。(5)铝粉表面有Al2O3薄膜,阻碍反应的进行,而添加少量NH4Cl固体,NH4Cl分解生成的HCl能与Al2O3反应,破坏Al2O3薄膜,有利于Al和N2反应。
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