1、【 精品教育资源文库 】 课时梯级作业 二十 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 (45分钟 100 分 ) 一、选择题 (本题包括 6小题 ,每题 7分 ,共 42分 ) 1.一定条件下 ,碳钢腐蚀与溶液 pH 的关系如下 : pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14 腐蚀快慢 较快 慢 较快 主要产物 Fe2+ Fe3O4 Fe2O3 Fe 下列说法不正确的是 ( ) A.在 pH6溶液中 ,碳钢主要发生吸氧腐蚀 C.在 pH14溶液中 ,碳钢腐蚀的正极反应为 O2+4H+4e- 2H2O D.在煮沸除氧 气的碱性溶液中 ,碳钢腐蚀速率会减缓 【解析】 选 C。 pH6的溶液 ,氧气得电
2、子 ,发生吸氧腐蚀 ,B 正确 ;pH14的溶液 ,氧气与水反应得电子 :O2+2H2O+4e- 4OH-,C错误 ;煮沸后除去了氧气 ,碳钢的腐蚀速率会减缓 ,D 正确。 2.(2018大同模拟 )图 的目的是精炼铜 ,图 的目的是保护钢闸门 ,下列说法不正确的是 ( ) A.图 中 a为纯铜 B.图 中 S 向 b极移动 C.图 中如果 a、 b间连接电源 ,则 a连接负极 D.图 中如果 a、 b间用导线连接 ,则 X可以是铜 【解析】 选 D。电解精炼铜时 ,粗铜作阳极 ,精铜作阴极 ,图 中 a为纯铜 ,A项正确 ;图 为电解池 ,阳离子移向阴极 (a 极 ),阴离子移向阳极 (b极
3、 ),B项正确 ;图 的目的是保护钢闸门 ,若 a、 b间连接电源 ,则 a连接负极 ,b 连正极 ,C 项正确 ;若图 中 a、 b用导线连接 ,为保护钢闸门 ,钢闸门作正极 ,X应为比铁活泼的金属 ,而不可以是铜 ,D 项不正确。 【 精品教育资源文库 】 3.(2018牡丹江模拟 )工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质 Ni 的原理如图所示。下列说法不正确的是 ( ) 已知 :N 在弱酸性溶液中发生水解 氧化性 :N (高 浓度 )H+N (低浓度 ) A.碳棒上发生的电极反应 :4OH-4e- O2 +2H2O B.电解过程中 ,B 中 NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少 C.
4、为了提高 Ni的产率 ,电解过程中需要控制废水 pH D.若将图中阳离子膜去掉 ,将 A、 B两室合并 ,则电解反应总方程式发生改变 【解析】 选 B。电极反应式为阳极 :4OH-4e- 2H2O+O2 阴极 :N +2e- Ni 2H+2e- H2 ,A项正确 ;B 项 ,由于 C中 N 、 H+不断减少 ,Cl-通过阴离子膜从 C移向 B,A中 OH-不断减少 ,Na+通过阳离子膜从 A移向 B,所以 B中 NaCl溶液的物质的量浓度不断增大 ,错误 ;C 项 ,由于 H+的氧化性大于 N (低浓度 )的氧化性 ,所以为了提高 Ni的产率 ,电解过程需要控制废水的 pH;D项 ,若去掉阳离
5、子膜 ,在阳极 Cl-放电生成 Cl2,反应总方程式发生改变 ,正确。 【 加固训练】 烧杯 A中盛放 0.1 mol L-1的 H2SO4溶液 ,烧杯 B中盛放 0.1 mol L-1的 CuCl2溶液 (两种溶液均足量 ),装置如图所示 ,下列说法不正确的是 ( ) A.A 中 Fe极质量减少 ,C极有气体产生 B.A 为电解池 ,B为原电池 C.当 A烧杯中产生 0.1 mol 气体时 ,B烧杯中产生气体的物质的量也为 0.1 mol 【 精品教育资源文库 】 D.经过一段时间 ,B烧杯中溶液的 pH增大 【解析】 选 B。构成 A装置的是活动性不同的电极、电解质溶液 ,两极形成了闭合
6、的回路 ,所以 A为原电池装置 ,且 A为 B的电解提供电能。电极反应式分别为 (烧杯 A中 )C 正极 :2H+2e- H2 ,Fe负极 :Fe-2e- Fe2+。 (烧杯 B中 )阴极 :Cu2+ 2e- Cu,阳极 :2Cl-2e- Cl2。烧杯 B中电解氯化铜 ,铜离子浓度减小 ,水解程度减小 ,pH 增大 (不考虑 Cl2溶于水 )。 4.等物质的量的 BaCl2、 K2SO4和 AgNO3溶于水形成混合溶液 ,用石墨电极电解此溶液 ,经过一段时间后 ,阴、阳两极收集到的气体体积之比为 32 。下列说法正确的是 ( ) A.阴极反应为 Ag+e- Ag B.阳极始终发生反应 :2Cl
7、-2e- Cl2 C.两极共生成三种气体 D.向电解后溶液中通入适量的 HCl可使溶液恢复到电解前的状态 【解析】 选 C。三种物质溶于水后 ,发生反应 Ba2+S BaSO4、 Ag+Cl- AgCl ,则混合溶液的溶质为 KCl和 KNO3。由题意 ,阴、阳两极收集到的气体体积之比为 32, 所以阴 极反应为 2H+2e- H2 ,阳极反应为 2Cl-2e- Cl2和 4OH-4e- O2 +2H2O,阴、阳两极共生成氢气、氯气和氧气三种气体 ,要使电解质溶液复原 ,需要通入适量的 HCl,还需要加入适量的水。 5.碱性硼化钒 (VB2)-空气电池工作时原理为 4VB2+11O2 4B2O
8、3+2V2O5。用该电池为电源 ,惰性电极电解硫酸铜溶液 ,实验装置如图所示。当外电路中通过 0.04 mol 电子时 ,B装置内共收集到 0.448 L气体 (标准状况 )。则下列说法正确的是 ( ) A.VB2电极发生的电极反 应为 2VB2+11H2O-22e- V2O5+2B2O3+22H+ B.外电路中电子由 c电极流向 VB2电极 C.电解过程中 ,b 电极表面先有红色物质析出 ,然后有气泡产生 D.若 B装置内的液体体积为 200 mL,则 CuSO4溶液的物质的量浓度为 0.05 mol L-1 【 精品教育资源文库 】 【解析】 选 D。负极 VB2失电子发生氧化反应 ,电
9、极反应式为 2VB2+22OH-22e- V2O5+2B2O3+11H2O,A错误 ;外电路中电子由 VB2电极流向阴极 c,B错误 ;b 为阳极 ,氢氧根失电子生成氧气 ,C错误 ;外电路通过 0.04 mol 电子时 ,b 电极生成 0.01 mol O2,共收集到 0.448 L 气体 ,则阴极产生 0.01 mol H2,溶液中 n(Cu2+)= =0.01 mol,c(CuSO4)= =0.05 mol L-1,D 正确。 【 方法规律】 电池类型的判定规律 1.有外接电源串联电池 ,则是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池 ,其他情况为电解池。 2.无
10、外接电源的串联电池 ,一定有一个是原电池 ,判断方法 : (1)燃料电池、铅蓄电池为原电池 ,其他装置为电解池。 (2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判 断 :电极材料和电解质溶液之间能发生自发氧化还原反应的是原电池 ,其他装置为电解池。 (3)根据电极反应现象判断 :如图 C 极溶解 ,D极上析出 Cu,B极附近溶液变红 ,A极上放出黄绿色气体 ,则知乙是原电池 ,D 是正极 ,C 是负极 ;甲是电解池 ,A是阳极 ,B是阴极。 6.(能力挑战题 )将 H2S通入 FeCl3溶液中 ,过滤后将反应液加入电解槽中电解 (如图所示 ),电解后的溶液还可以循环利用。该方法可用于处理石油炼制过程中
11、产生的 H2S废气。下列有关说法正确的是 ( ) A.过滤得到的沉淀可能是 FeS 和 S B.若有 0.20 mol电子转移 ,一定能得到 2.24 L氢气 【 精品教育资源文库 】 C.可以用 Fe 与外接电源的 a极相连 D.与 a极相连的电极反应为 Fe2+-e- Fe3+ 【解析】 选 D。 H2S与 FeCl3反应生成 S、盐酸和氯化亚铁 ,A 错误 ;没有给出氢气所处的条件 ,不能求氢气的体积 ,B 错误 ;根据右边生成氢气知 b是负极 ,a 是正极 ,若铁作阳极 ,被溶解 ,C错误。 二、非选择题 (本题包括 4小题 ,共 58分 ) 7.(12分 )在生产生活中 ,金属腐蚀
12、所带来的损失非常严重 ,所以防止金属腐蚀已经成为科学研究和技术领域的重大问题。某化学兴趣小组的同学在实验室对金属腐 蚀进行了探究。 (1)分别在三个洁净干燥的试管中各加入一个洁净无锈的铁钉 ,再向 、 号两个试管中分别加入经煮沸迅速冷却的蒸馏水 ,然后向 号试管中加入少量植物油 ,将 号试管塞上木塞。请判断 :_号试管中的铁钉最容易生锈。由此可见 ,铁制品生锈需要的条件是 _。 (2)如图 2所示 ,处于 A、 B、 C 三种不同环境中的铁片 ,被腐蚀的速率由大到小的顺序是 _(用字母表示 )。 (3)据报道 ,全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达 7 000亿美元 ,我国因金属腐蚀
13、造成的损失约占国民生产总值的 4%。 钢铁在发生电化学腐蚀时 ,负极反应为 _。 请写出用稀硫酸除去铁锈的化学方程式 :_。 请根据不同的原理 ,提出防止钢铁腐蚀的两条合理措施 :_、_。 【解析】 (1)铁生锈的条件 :与氧气接触 ,有水参加。二者缺一不可 ,具备该条件的只有 。 (2)铁处于 A环境中作原电池的负极 ,腐蚀速度较快 ;处于 B环境中作原电池的正极被保护 ,腐 蚀速度很慢 ;处于 C环境中发生吸氧腐蚀 ,腐蚀速度较慢。 (3)发生电化学腐蚀时 ,负极上金属铁发生失电子的氧化反应。铁锈的主要成分是氧化铁 ,可以和酸反应生成盐和水。防止钢铁锈蚀的关键是使铁与氧气、水隔绝 ,可以进
14、行表面防护处理 (如涂油、刷漆、表面镀金属等 ),还可以改变金属内部结构 (如制成不锈钢 )等。 答案 :(1) 有水和氧气 (2)ACB 【 精品教育资源文库 】 (3) Fe-2e- Fe2+ Fe2O3+3H2SO4 Fe2(SO4)3+3H2O 改变金属内部结构 刷漆 (合理即可 ) 8.(12分 )太阳能电池可用作电解的 电源 (如图 )。 (1)若 c、 d均为惰性电极 ,电解质溶液为硫酸铜溶液 ,电解过程中 ,c极先无气体产生 ,后又生成气体 ,则 c极为 _极 ,在电解过程中 ,溶液的 pH_(填“增大”“减小”或“不变” ),停止电解后 ,为使溶液恢复至原溶液应加入适量的
15、_。 (2)若 c、 d均为铜电极 ,电解质溶液为氯化钠溶液 ,则电解时 ,溶液中氯离子的物质的量将 _(填“增大”“减小”或“不变” )。 (3)若用石墨、铁作电极材料 ,可组装成一个简易污 水处理装置。其原理是加入试剂调节污水的 pH在 5.06.0。接通电源后 ,阴极产生的气体将污物带到水面形成浮渣而刮去 ,起到浮选净化作用 ;阳极产生的有色物质具有吸附性 ,吸附污物而沉积 ,起到凝聚净化作用。该装置中 ,阴极的电极反应为 _;阳极区生成的有色物质是 _。 【解析】 (1)用惰性电极电解硫酸铜溶液 ,c 极上先无气体生成 ,后又产生气体 ,说明 c极为阴极 (先生成 Cu,后生成 H2),电解 CuSO4溶液最终生成 H2SO4,溶液的 pH减小。电解过程分两个阶段 :第一阶段 ,阴极生成 Cu,阳极生成 O2,溶液中减少的相当于 CuO;第二阶段 ,阴极生成 H2,阳极生成 O2,溶液中减少的是 H2O。 (2)若 c、 d为铜电极时 ,阳极 :Cu-2e- Cu2+,电解质溶液中 Cl-不放电 ,故其物质的量不变。 (3)若用石墨、铁作电极材料 ,阴极产
