第3節(jié)電解池金屬的電化學腐蝕與防護一、選擇題1(2018年江西和平聯(lián)考)利用化石燃料開采、加工過程產(chǎn)生的H2S廢氣，通過電化學法制取氫氣的工藝如下圖所示。下列說法不正確的是()。A電解池中惰性電極C1為陽極B該工藝優(yōu)點之一是FeCl3溶液可循環(huán)利用C反應池中的離子方程式：2Fe3S2=2Fe2SD電解池總反應的化學方程式：2FeCl22HCl2FeCl3H22下列裝置或操作能達到實驗目的的是()。A防止鐵釘生銹 B構成銅鋅原電池C構成銅銀原電池 D驗證NaCl溶液(含酚酞)電解產(chǎn)物3按如右圖所示裝置進行下列不同的操作，其中不正確的是()。A鐵腐蝕的速度由大到小的順序：只閉合K3>只閉合K1>都斷開>只閉合K2B只閉合K3，正極的電極反應式：2H2OO24e=4OHC先只閉合K1，一段時間后，漏斗內液面上升，然后再只閉合K2，漏斗內液面上升D只閉合K2，U形管左、右兩端液面均下降4下列說法正確的是()。A鋼閘門容易被腐蝕Ba、b均為惰性電極，b極反應是：O24OH4e=2H2OC陰、陽兩極生成的氣體的物質的量之比是11D電池工作一段時間后，乙池溶液的總質量增加5.大功率的鎳氫電池使用在油電混合動力車輛中。鎳氫電池NiMH電池正極板材料為NiOOH，負極板材料為吸氫合金。下列關于該電池的說法中正確的是()。A放電時電池內部H向負極移動B充電時，將電池的負極與外接電源的正極相連C充電時陽極反應為Ni(OH)2OHe=NiOOHH2OD放電時負極的電極反應式為MHnne=MnH6(2018年廣東潮州聯(lián)考)工業(yè)上，在強堿性條件下用電解法除去廢水中的CN，裝置如下圖所示，依次發(fā)生的反應有：CN2e2OH=CNOH2O 2Cl2e=Cl23Cl22CNO8OH=N26Cl2CO4H2O下列說法正確的是()。A鐵電極上發(fā)生的反應為Fe2e=Fe2B通電過程中溶液pH不斷增大C為了使電解池連續(xù)工作，需要不斷補充NaClD除去1 mol CN，外電路至少需轉移5 mol電子7(2018屆安徽安慶六校聯(lián)考)下列圖示中關于銅電極的連接錯誤的是()。 A B C D二、非選擇題8(2018屆北京海淀期末)某小組同學利用下圖裝置對電解氯化銅實驗進行了研究。裝置現(xiàn)象電解一段時間時，陽極石墨表面產(chǎn)生氣體，陰極石墨上附著紅色物質，燒杯壁變熱，溶液由藍色變?yōu)榫G色(1)甲認為電解過程中陽極產(chǎn)生的_是溶液變綠的原因，寫出產(chǎn)生該物質的電極反應式：_。(2)乙查閱資料，CuCl2溶液中存在平衡：Cu24ClCuCl42(黃色)H0。據(jù)此乙認為：電解過程中，CuCl42(黃色)濃度增大，與CuCl2藍色溶液混合呈綠色。乙依據(jù)平衡移動原理推測在電解過程中CuCl42濃度增大的原因：_。(3)丙改用下圖裝置，在相同條件下電解CuCl2溶液，對溶液變色現(xiàn)象繼續(xù)探究。裝置現(xiàn)象電解相同時間時，陽極石墨表面產(chǎn)生氣泡，溶液仍為藍色；陰極石墨上附著紅色物質，溶液由藍色變?yōu)榫G色；U形管變熱，冷卻后陰極附近溶液仍為綠色丙通過對現(xiàn)象分析證實了甲和乙的觀點均不是溶液變綠的主要原因。丙否定甲的依據(jù)是_，否定乙的依據(jù)是_。(4)丙繼續(xù)查閱資料：.電解CuCl2溶液時可能產(chǎn)生CuCl2，CuCl2摻雜Cu2后呈黃色。.稀釋含CuCl2的溶液生成CuCl白色沉淀。據(jù)此，丙認為：電解過程中，產(chǎn)生CuCl2摻雜Cu2后呈黃色，與CuCl2藍色溶液混合呈綠色。丙進行如下實驗：a取電解后綠色溶液2 mL，加20 mL水稀釋，靜置5分鐘后溶液中產(chǎn)生白色沉淀。b另取少量氯化銅晶體和銅粉，向其中加2 mL濃鹽酸，加熱獲得含CuCl2的黃色溶液。c冷卻后向上述溶液d取c中2 mL溶液，加20 mL水稀釋，靜置5分鐘后溶液中產(chǎn)生白色沉淀。a的目的是_。寫出b中生成CuCl2的離子方程式：_。補充c中必要的操作及現(xiàn)象：_。丙據(jù)此得出結論：電解時陰極附近生成CuCl2是導致溶液變綠的原因。9(2018屆江西師大附中月考).氮肥的使用在提高糧食產(chǎn)量的同時，也導致了土壤、水體污染等環(huán)境問題。(1)長期過量使用銨態(tài)化肥NH4Cl，易導致土壤酸化，請用化學用語解釋原因：_。(2)工業(yè)上處理氨氮廢水的方法是采用電解法將NO轉化為N2，部分裝置如下圖所示。B極的電極反應方程式是_。(3)常溫下，除去60 L廢水中的62 mg NO后，廢水的pH_。.如下圖所示C、D、E、F、X、Y都是惰性電極。將電源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F極附近顯紅色。(1)若用甲醇、空氣燃料電池作電源，電解質為KOH溶液，則A極的電極反應式為_。(2)欲用丙裝置給銅鍍銀，銀應該是_電極(填“G”或“H”)。(3)丁裝置中Y極附近紅褐色變_(填“深”或“淺”)。(4)通電一段時間后，C、D、E、F電極均有單質生成，其物質的量之比為_。10.某實驗小組同學對電化學原理進行了一系列探究活動。(1)如圖1所示為某實驗小組設計的原電池裝置，反應前，電極質量相等，一段時間后，兩電極質量相差12 g，導線中通過_mol電子。圖1(2)如圖1，其他條件不變，若將乙燒杯中的CuCl2溶液換為NH4Cl溶液，則石墨電極的電極反應方程式為_。(3)如圖2，其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n形，乙裝置中與銅絲相連的石墨電極上發(fā)生的反應方程式為_。圖2.氫能是發(fā)展中的新能源，它的利用包括氫的制備、儲存和應用三個環(huán)節(jié)?；卮鹣铝袉栴}：(1)與汽油等燃料相比，氫氣作為燃料的兩個明顯的優(yōu)點是_(寫兩點)。(2)化工生產(chǎn)的副產(chǎn)品也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時獲得氫氣?？偡磻匠淌綖镕e2H2O2OHFeO3H2，工作原理如圖3所示。裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色的FeO，鎳電極有氣泡產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質。已知：Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原。 圖3 圖4電解一段時間后，c(OH)降低的區(qū)域在_(填“陰極室”或“陽極室”)。電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出，其原因是_。c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖4所示，任選M、N兩點中的一點，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：_。11(2017屆福建廈大附中月考)下圖所示甲、乙是電化學實驗裝置。(1)若甲、乙兩燒杯中均盛有NaCl溶液。甲中石墨棒上的電極反應式為_。乙中總反應的離子方程式為_。將濕潤的淀粉KI試紙放在乙燒杯上方，發(fā)現(xiàn)試紙先變藍后褪色，這是因為過量的Cl2氧化了生成的I2。若反應中Cl2和I2的物質的量之比為51，且生成兩種酸，該反應的化學方程式為_。(2)若甲、乙兩燒杯中均盛有CuSO4溶液。甲中鐵棒上的電極反應式為_。如果起始時乙中盛有200 mL pH5的CuSO4溶液(25 )，一段時間后溶液的pH變?yōu)?，若要使溶液恢復到電解前的狀態(tài)，可向溶液中加入_(填寫物質的化學式)_g。第3節(jié)電解池金屬的電化學腐蝕與防護1C解析：C1極生成Fe3，應發(fā)生氧化反應，為陽極，C2極生成氫氣，為陰極，發(fā)生還原反應，故A正確；電解池中生成的FeCl3可作為反應池的反應物，則FeCl3溶液可循環(huán)利用，故B正確；由裝置可知反應池中的反應物為H2S和FeCl3，反應的化學方程式為H2S2FeCl3=2FeCl2S2HCl，離子方程式為2Fe3H2S=2Fe2S2H，故C錯誤；電解池中亞鐵離子失去電子，氫離子得到電子，電解池總反應的離子方程式為2Fe22H2Fe3H2，故D正確。2D解析：防止鐵釘銹蝕時鐵釘應接電源負極，A錯誤； Zn電極放于CuSO4溶液中，二者直接發(fā)生置換反應而不能構成原電池，B錯誤； CuCuSO4溶液Ag不能構成原電池，C錯誤；直流電源右端為陽極，發(fā)生反應：2Cl2e=Cl2，可用KI淀粉溶液檢驗Cl2產(chǎn)生，陰極發(fā)生反應：2H2e=H2，同時溶液中c(OH)增大，酚酞溶液變紅，D正確。3A解析：金屬腐蝕速率：電解池的陽極>原電池的負極>化學腐蝕>原電池的正極>電解池的陰極，閉合K3，是原電池，鐵作負極，閉合K2，是電解池，鐵作陰極，閉合K1，鐵作陽極，因此腐蝕速率是只閉合K1>只閉合K3>都斷開>只閉合K2，故A錯誤；只閉合K3，發(fā)生吸氧腐蝕，正極：O22H2O4e=4OH，故B正確；只閉合K1，鐵作陽極，陽極反應式為Fe2e=Fe2，陰極反應式為2H2e=H2，U形管中氣體壓強增大，因此漏斗中液面上升，然后只閉合K2，鐵作陰極，陰極反應式為2H2e=H2，陽極反應式為2Cl2e=Cl2，U形管中氣體壓強增大，漏斗中液面上升，故C、D正確。4D解析：A是外接電源的陰極保護法，鋼閘門不容易被腐蝕，故A錯誤；B是氫氧燃料電池，b為正極，電極反應為O22H2O4e=4OH，故B錯誤；C是電解H2OCO2混合氣體制備H2和CO，總反應為H2OCO2H2COO2，陰極產(chǎn)生H2、CO，陽極產(chǎn)生氧氣，陰、陽兩極生成的氣體的物質的量之比是21，故C錯誤；D項甲池中的Zn2通過陽離子交換膜進入乙池，乙池中發(fā)生反應：Cu22e=Cu，為了保持溶液呈電中性，進入乙池的Zn2與放電的Cu2的物質的量相等，而Zn的摩爾質量大于Cu，故乙池溶液總質量增大，故D正確。5C解析：放電時電池內部H向正極移動，故A錯誤；充電時，將電池的負極與外接電源的負極相連，故B錯誤；原電池正極反應為NiOOHH2Oe=Ni(OH)2OH，則充電時陽極反應為Ni(OH)2eOH=NiOOHH2O，故C正確；放電時負極的電極反應式為H22e2OH=2H2O，故D錯誤。6D解析：A項，金屬鐵是陰極，鐵電極上發(fā)生的是還原反應，故A錯誤；B項，根據(jù)反應可知，OH被不斷地消耗，所以通電過程中溶液pH不斷減小，故B錯誤；C項，根據(jù)電極反應式，為了使電解池連續(xù)工作，需要補充氫氧化鈉，故C錯誤；D項，根據(jù)反應，除去1 mol CNO，消耗1.5 mol氯氣，轉移電子3 mol，再根據(jù)反應，除去1 mol CN，轉移電子2 mol，所以外電路至少需轉移5 mol電子，故D正確。7C解析：A項，鋅比銅活潑，鋅作負極，銅作正極，連接正確；B項，電解精煉銅，粗銅作陽極，純銅作陰極，連接正確；C項，電鍍時，鍍件作陰極，鍍層金屬作陽極，連接錯誤；D項，電解氯化銅，銅作陰極，石墨作陽極，連接正確。8(1)Cl22Cl2e=Cl2(2)電解過程放熱導致溶液溫度升高，使Cu24ClCuCl42平衡正向移動(3)陽極附近溶液仍為藍色U形管冷卻后陰極附近溶液仍為綠色(4)證明在上述實驗條件下，電解后的綠色溶液中存在CuCl2Cu24ClCu=2CuCl2。加入CuCl2藍色溶液，直至溶液顏色與電解后綠色溶液基本相同解析：(1)電解過程中陽極發(fā)生氧化反應，溶液中的氯離子放電生成氯氣，氯氣溶于水，溶液可能呈現(xiàn)綠色。(2)電解過程放熱導致溫度升高，使Cu24ClCuCl42平衡正向移動，CuCl42濃度增大。(3)陽極生成了氯氣，但陽極附近溶液仍為藍色，說明不是生成氯氣的緣故；Cu24ClCuCl42(黃色)H0，溫度降低，平衡逆向移動，溶液應該呈現(xiàn)藍色，但U形管冷卻后陰極附近溶液仍為綠色，因此乙的推斷也不正確。9.(1)NHH2ONH3H2OH(2)2NO10e6H2O=N212OH(3)10.(1)O24e2H2O=4OH(2)G(3)深(4)1222解析：.(2)B極發(fā)生還原反應，NO轉化為N2，電極反應式為2NO10e6H2O=N212OH。(3)62 mg硝酸根的物質的量是0.001 mol，根據(jù)電極反應式可知生成0.006 mol氫氧根，濃度是0.0001 molL1，因此pH10。.(1)向乙中滴入酚酞溶液，在F極附近顯紅色，說明F極附近有大量氫氧根離子，由此得出F極上氫離子放電生成氫氣，所以F極是陰極，則電源B極是負極，A極是正極，電極反應式為O24e2H2O=4OH。(2)若用丙裝置給銅鍍銀，G應該是Ag，H是銅，電鍍液是AgNO3溶液。(3)丁裝置中Y電極是陰極，氫氧化鐵膠體的膠粒帶正電荷，Y極附近紅褐色變深。(4)甲裝置中C電極上氫氧根離子放電生成氧氣，D電極上銅離子放電生成銅單質，E電極上氯離子放電生成氯氣，F(xiàn)電極上氫離子放電生成氫氣，所以C、D、E、F電極均有單質生成。生成1 mol氧氣轉移4 mol電子，生成1 mol銅轉移2 mol電子，生成1 mol氯氣轉移2 mol電子，生成1 mol氫氣轉移2 mol電子，所以轉移相同物質的量的電子時生成單質的物質的量之比為1222。10.(1)0.2(2)2NH2e=2NH3H2(3)2Cl2e=Cl2.(1)燃燒熱值高、燃燒無污染、是可再生能源(寫兩點即可)(2)陽極室防止生成的H2與高鐵酸鈉反應，使高鐵酸鈉的產(chǎn)率降低M點：氫氧根濃度偏小，高鐵酸鈉的穩(wěn)定性差，且反應較慢(或N點：氫氧根濃度較大，鐵電極上容易生成氫氧化鐵，使高鐵酸鈉的產(chǎn)率降低)解析：.(1)圖1為原電池反應，F(xiàn)e為負極，發(fā)生反應Fe2e=Fe2，石墨為正極，發(fā)生反應Cu22e=Cu，總反應式為FeCu2=Fe2Cu。一段時間后，兩電極質量相差12 g，則FeCu2=Fe2Cu質量差m轉移電子56 g64 g 56 g64 g120 g2 mol1 2 gn則n0.2 mol。(2)若將CuCl2溶液換為NH4Cl溶液，溶液呈酸性，銨根在正極放電，電極反應式為2NH2e=2NH3H2。(3)若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n形，甲裝置發(fā)生鐵的吸氧腐蝕，鐵為負極，銅為正極，則乙裝置石墨為陽極，石墨(1)為陰極，乙為電解池裝置，陽極反應式為2Cl2e=Cl2。.(2)根據(jù)題意鎳電極有氣泡產(chǎn)生是氫離子放電生成氫氣，鐵電極發(fā)生氧化反應，溶液中的氫氧根離子減少，因此電解一段時間后，c(OH)降低的區(qū)域在陽極室。氫氣具有還原性，根據(jù)題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原。故電解過程中須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出，防止Na2FeO4與H2反應使產(chǎn)率降低。根據(jù)題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定，在M點，c(OH)低，Na2FeO4穩(wěn)定性差，且反應慢，在N點：c(OH)過高，鐵電極上有氫氧化鐵生成，使Na2FeO4產(chǎn)率降低。11(1)2H2OO24e=4OH2Cl2H2OH2Cl22OH5Cl2I26H2O=10HCl2HIO3(2)Fe2e=Fe2CuO(或CuCO3)0.8(或1.24)解析：(1) 若甲、乙兩燒杯中均盛有NaCl溶液。甲為鐵的吸氧腐蝕，石墨是正極，石墨棒上的電極反應式為2H2OO24e=4OH。根據(jù)電子流向，石墨是陽極，乙為用惰性電極電解氯化鈉溶液，乙中總反應的離子方程式為2Cl2H2OH2Cl22OH。根據(jù)電子守恒，5 mol氯氣失電子10 mol,2 mol I2得電子10 mol，碘的化合價升高為5價，該反應的化學方程式為5Cl2I26H2O=10HCl2HIO3。(2)若甲、乙兩燒杯中均盛有CuSO4溶液。甲為原電池，鐵為負極，鐵棒上的電極反應式為Fe2e=Fe2。由2CuSO42H2O2CuO22H2SO4，要使溶液恢復原狀態(tài)，可加入CuO(或CuCO3)，一段時間后溶液的pH變?yōu)?，則c(H)0.1 molL1，n(H)0.2 L0.1 molL10.02 mol，則由電解反應可知析出的Cu的物質的量為0.01 mol，由Cu原子守恒可知，m(CuO)0.01 mol80 gmol10.8 g，或m(CuCO3)0.01 mol124 gmol11.24 g。