第19讲 电解池 金属的腐蚀与防护
A组 基础题组
1.(2016山东青岛模拟)下列描述中,不符合生产实际的是( ) A.电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极 B.电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极
C.电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作阴极 D.在镀件上电镀锌,用锌作阳极 2.下列说法正确的是( )
A.钢铁因含杂质而易发生腐蚀,所以合金都不耐腐蚀
B.原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因,故不能用其来减缓金属的腐蚀 C.金属发生化学腐蚀还是电化学腐蚀的主要区别在于金属的纯度不同 D.无论哪种类型的腐蚀,其实质都是金属被氧化 3.(2016河南南阳一模)下列叙述正确的是( ) A.在电解池的阴极和原电池的负极上都发生氧化反应 B.镀层破损后,镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀
C.用惰性电极电解KOH溶液,阴、阳两极产物的物质的量之比为1∶2 D.用惰性电极电解饱和NaCl溶液,若有1 mol电子转移,则生成1 mol NaOH
4.(2016吉林模拟)用铅蓄电池电解甲、乙电解池中的溶液。已知铅蓄电池的总反应为:Pb(s)+PbO2(s)+ 2H2SO4(aq)
2PbSO4(s)+2H2O(l),电解一段时间后向c极和d极附近分别滴加酚酞试剂,c
极附近溶液变红,下列说法正确的是( )
A.d极为阴极
B.放电时铅蓄电池负极的电极反应式为:PbO2(s)+4H+(aq)+SPbSO4(s)+2H2O(l)
(aq)+2e-
C.若利用甲池精炼铜,b极应为粗铜
D.若四个电极材料均为石墨,当析出6.4 g Cu时,两池中共产生气体3.36 L(标准状况下) 5.(2016江西宜春三模)根据金属活动性顺序,Cu不能发生如下反应:Cu+2H2O
Cu(OH)2↓+H2↑。但选择恰当的电极材料和电解液进行电解,这个反应就能变为现实。下列四种电极材料和电解液中,能实现该反应最为恰当的是( )
阳极 阴极 电解液 A 石墨 石墨 CuSO4溶液 B Cu 石墨 C Cu Fe D Cu Pt H2O Na2SO4溶液 H2SO4溶液 6.(2016天津河东二模)用如图所示装置研究电化学原理,下列分析中错误的是( )
选连接 项 A B C D K1 K2 K1 K2 K1 K3 K1 K3 a 石墨 锌 石墨 铁 b 铁 铁 铁 石墨 模拟铁的吸氧腐蚀 模拟钢铁防护中牺牲阳极的阴极保护法 模拟电解饱和食盐水 模拟钢铁防护中外加电流的阴极保护法 电极材料 分析 7.最近有研究人员发现了一种处理高浓度乙醛废水的新方法——隔膜电解法,乙醛分别在阴、阳极发生反应,转化为乙醇和乙酸。实验室以一定浓度的乙醛—Na2SO4溶液为电解质溶液,模拟乙醛废水的处理过程,其装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.若以CH4—空气燃料电池为直流电源,燃料电池的b极应通入空气
B.电解过程中,阴极区Na2SO4的物质的量增大 C.阳极反应CH3CHO-2e-+2H+
CH3COOH+H2O
D.电解过程中,两极除分别生成乙酸和乙醇外,均产生了无色气体,则阳极产生的是O2
B组 提升题组
8.(2016山东淄博三模)利用如图装置进行实验,甲、乙两池均为1 mol·L-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电极增重 B.闭合K1,断开K2后,乙池溶液浓度上升 C.断开K1,闭合K2后,N
向B电极移动
D.断开K1,闭合K2后,A电极发生氧化反应
9.(2016辽宁沈阳校级模拟)H2O2是一种常用绿色氧化剂,工业上利用电解法制备H2O2的装置如图所示,初始溶液为氢氧化钠溶液。下列说法正确的是( )
A.a为负极
B.通入空气一极的电极反应式为O2+2e-+2H+C.电解一段时间后,左侧溶液pH升高
D.若生成17 g H2O2,则有1 mol H+从左侧向右侧迁移
10.(2016河南洛阳模拟)电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱溶液的装置如图所示,其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下,气体甲与气体乙的体积比约为1∶2,以下说法正确的是( )
H2O2
A.a极与电源的负极相连 B.产物丙为硫酸溶液
C.离子交换膜d为阴离子交换膜 D.a电极反应式:2H2O+2e- H2↑+2OH-
11.(2015四川理综,4,6分)用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是( ) ．．．
A.用石墨作阳极,铁作阴极 B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e-C.阴极的电极反应式:2H2O+2e- ClO-+H2O H2↑+2OH-
N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+
12.(2016山东青岛模拟)电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池,装有电解液a,X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。请回答以下问题:
(1)若X、Y都是惰性电极,a是AgNO3溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴石蕊试液,则: ①电解池中Y电极上的电极反应式为 。在Y电极附近观察到的实验现象是 ;检验该电极反应产物的方法是 。 ②X电极上的电极反应式为 。
(2)如要用电解方法精炼粗镍,电解液a选用Ni(NO3)2溶液,则:①X电极的材料是 ,电
极反应式为 ,②Y电极的材料是 ,电极反应式为 。(说明:杂质发生的电极反应不必写出)
13.(2014课标Ⅰ,27,节选)次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品,具有较强还原性。H3PO2也可用电渗析法制备,“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过):
(1)写出阳极的电极反应式 。
(2)分析产品室可得到H3PO2的原因 。
(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有 杂质,该杂质产生的原因是 。
答案全解全析 A组 基础题组
1.A 电解熔融的氧化铝制取金属铝所需温度很高,若用铁作阳极,一则铁失电子被氧化,二则铁在高温条件下可熔化,故实际生产中利用石墨作电极,故选A。
2.D 金属通过改变其内部结构制成合金可耐腐蚀,A错误;牺牲阳极的阴极保护法是利用原电池反应保护金属制品,B错误;决定金属腐蚀类型的因素是周围的环境,C错误。
3.D 电解池的阴极发生还原反应,原电池负极发生氧化反应,A错误;铁比锡活泼,镀层破损后,镀锡铁板更易腐蚀,B错误;用惰性电极电解KOH溶液,阴、阳两极产物分别为氢气和氧气,物质的量之比为2∶1,C错误;用惰性电极电解饱和NaCl溶液,发生反应:2NaCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2NaOH,若有1 mol电子转移,则生成1 mol NaOH, D正确。 4.C 原电池放电时,正极发生还原反应,电极反应为PbO2+4H++S极反应为Pb+S
-2e-+2e- 2H2O+PbSO4,负
PbSO4;电解一段时间后,c极和d极附近分别滴加酚酞试剂,c极附
近溶液变红,则c是阴极、d是阳极,a是阴极、b是阳极,故A错误;电解精炼粗铜时,粗铜为阳极,所以为b电极,故C正确;电解析出6.4 g Cu,其物质的量是6.4 g÷64 g/mol=0.1 mol,转移0.2 mol电子,c电极上生成0.1 mol氢气、d电极上生成0.05 mol氧气,b电极上生成0.1 mol氯气,所以标准状况下生成气体体积=(0.1+0.05+0.1)mol×22.4 L/mol=5.6 L,故D错误。
5.B A项,电解硫酸铜溶液,阳极上氢氧根离子失电子发生氧化反应,阴极上铜离子得到电子析出铜,总反应为2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4,故A不符合;B项,阳极是铜失电子,阴
Cu(OH)2↓+H2↑,故B
极是水电离出的氢离子得到电子发生还原反应,总反应为Cu+2H2O
符合;C项,阳极是铜失电子,阴极是溶液中的氢离子得到电子发生还原反应,总反应为Cu+2H+
Cu2++H2↑,故C不符合;D项,阳极是铜失电子,纯水中氢离子浓度很小,所以水的导
电能力小,反应非常缓慢,故D不符合。
6.D 在中性条件下,铁作负极失电子,石墨作正极,正极上氧气得电子生成氢氧根离子,则Fe发生吸氧腐蚀,故A正确;Zn、Fe形成原电池,Zn作负极被腐蚀,Fe作正极被保护,属于牺牲阳极的阴极保护法,故B正确;Fe作阴极,阴极上氢离子得电子,石墨作阳极,阳极上氯离子失电子,电解氯化钠溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠,故C正确;Fe与正极相连,Fe作阳极,失电子,被腐蚀,故D错误。
7.D 连接电解池阴极的是原电池负极,负极上燃料失电子发生氧化反应,该燃料电池中燃料是甲烷,所以b极通入的是CH4,A错误;钠离子和硫酸根离子不参与电极反应,物质的量不变,B错误;质量不守恒,应为CH3CHO-2e-+H2OO2↑+2H2O、CH3CHO-2e-+H2OCH3CHO+2e-+2H2O
CH3COOH+2H+,C错误;阳极发生4OH--4e- 2H2↑、
CH3COOH+2H+,阴极发生4H++4e-
CH3CH2OH+2OH-,则两极除分别生成乙酸和乙醇外,均产生了无色气
体,阳极产生的是O2,D正确。
B组 提升题组
8.C 闭合K1,断开K2后,A为阴极,发生还原反应生成银,质量增大,故A正确;闭合K1,断开K2后,阳极金属银被氧化,阴极析出银,N
向阳极移动,乙池浓度增大,甲池浓度减小,故B正确;
断开K1,闭合K2后,形成浓差电池,电流计指针偏转(Ag+浓度越大氧化性越强),可知B为正极,A为负极,N
向负极移动,故C错误;断开K1,闭合K2后,A为负极,发生氧化反应,故D正确。
9.D 由题给信息氧气在阴极被还原得到H2O2和稀碱的混合物,知b为负极,a为正极,故A错误;通入空气的电极发生还原反应,电极反应式为O2+2e-+2H2O
H2O2+2OH-,故B错误;左侧
氢氧根离子放电,生成水和氧气,氢氧根离子浓度降低,故左侧溶液pH降低,故C错误;若生成17 g H2O2,转移1 mol电子,有1 mol H+从左侧向右侧迁移,故D正确。
10.B 由装置图分析可知是电解装置,电解硫酸钠溶液,实质是电解水,气体甲与气体乙的体积比约为1∶2,气体甲为氧气,气体乙为氢气,阳极生成氧气,电极反应为2H2O-4e-4H++O2↑,阴极生成氢气,电极反应为4H2O+4e-
4OH-+2H2↑,气体体积比为1∶2,所以判断a
电极是阳极,b电极是阴极,在阳极室得到硫酸,在阴极室得到氢氧化钠溶液,则c为阴离子交换膜,d为阳离子交换膜。
11.D D项,控制溶液pH为9~10,溶液呈碱性,离子方程式应为2CN-+5ClO-+H2ON2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-。 12.答案 (1)①2H2O-4e-条复燃 ②4Ag++4e- 4Ag
Ni
4H++O2↑ 有无色气体放出,溶液变红 用带火星的木条检验,木
(2)①纯镍 Ni2++2e-②粗镍 Ni-2e-
Ni2+
4H++O2↑;阴极反应式
解析 (1)用惰性电极电解AgNO3溶液时,阳极反应式为:2H2O-4e-为:4Ag++4e-
4Ag。与电源正极相连的电极为阳极,反之为阴极。所以X为阴极,Y为阳极。
Y电极在反应过程中消耗了H2O电离出的OH-,生成了H+,溶液呈酸性,加入石蕊试液显红色,Y电极产生氧气,能使带火星的木条复燃;X电极产生Ag。(2)电解精炼Ni时,用粗镍作阳极,纯镍为阴极。反应过程中阳极上的Ni以及比Ni活泼的金属失去电子,成为离子,进入溶液,活泼性比Ni差的金属形成阳极泥;在阴极只有Ni2+能得电子成为单质,其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。根据装置图,X为阴极,Y为阳极,所以,X电极的材料是纯镍,电极反应式为Ni2++2e- Ni;Y电极的材料是粗镍,电极反应式为Ni-2e- O2↑+4H+
穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生
Ni2+。
13.答案 (1)2H2O-4e-
(2)阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2P成H3PO2 (3)P
H2P
或H3PO2被氧化
解析 (1)由题给装置可知阳极反应式为2H2O-4e- 4H++O2↑。(2)阳极生成的H+穿过阳膜
反应生成H3PO2。(3)若取消阳极
扩散至产品室,与从原料室穿过阴膜扩散至产品室的H2P
室与产品室之间的阳膜,合并阳极室和产品室,阳极生成的O2可将H3PO2或从原料室扩散来的H2P
氧化,造成产品中混入P
杂质。
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