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- 2021-07-05 发布
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考点集训(二十) 电解池 金属的腐蚀与防护
(建议用时:40分钟)
(对应考点集训第241页)
[A级 基础达标]
1.(2019·公安三中质检)若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是Cu+2H+===Cu2++H2↑。则下列关于该装置的有关说法中正确的是( )
A.该装置可能是原电池,也可能是电解池
B.该装置只能是电解池,且金属铜为该电解池的阳极
C.该装置只能是原电池,且电解质溶液为硝酸
D.该装置只能是原电池,电解质溶液不可能是盐酸
B [铜和盐酸或稀硫酸不能自发地进行氧化还原反应,铜和硝酸能自发地进行氧化还原反应,但生成的气体是氮氧化物而不是氢气,所以该反应只能是电解池反应而不是原电池反应,该装置只能构成电解池而不能构成原电池。该电解池中,铜作阳极,阳极上铜失电子发生氧化反应,阴极上氢离子得电子发生还原反应,所以该电解池的阳极必须是铜电极,故答案选B。]
2.下列各组中,每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是( )
A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2
B.NaOH、CuSO4、H2SO4
C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2
D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
C [电解时只生成H2和O2时电解对象是H2O,电解溶液应是强碱,含氧酸及活泼金属的含氧酸盐。]
3.用下列装置能达到预期目的的是( )
A.甲图装置可用于电解精炼铝
B.乙图装置可得到持续、稳定的电流
C.丙图装置可达到保护钢闸门的目的
D.丁图装置可达到保护钢闸门的目的
D [AlCl3溶液中存在Al3+、H+,通电时阴极H+得电子,故阴极得到的不是铝,而是氢气,A不能达到预期目的;乙中的这种原电池电流会迅速衰减,乙装置不能达到预期目的;丙装置是牺牲阳极的阴极保护法,其中阳极材料应为比铁活泼的金属,C不能达到预期目的。]
4.(2018·延庆一模)原电池与电解池在生活和生产中有着广泛应用。下列有关判断中错误的是( )
A.装置①研究的是电解CuCl2溶液,b电极上有红色固体析出
B.装置②研究的是金属的吸氧腐蚀,铁钉上发生的反应为Fe-2e-===Fe2+
C.装置③研究的是电解饱和食盐水,B电极发生的反应:2Cl--2e-===Cl2↑
D.三个装置中涉及的主要反应都是氧化还原反应
C [装置③中由电源正负极可知B电极为阴极,发生得电子的还原反应,C选项错误。]
5.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-===Cl2↑
C.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
B [根据a、d处试纸变蓝,可判断a、d两点都为电解池的阴极,发生的电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,A选项正确;b处变红,局部褪色,说明b为电解池的阳极,2Cl--2e-===Cl2↑,氯气溶于水生成盐酸和次氯酸:Cl2+H2O===HCl+HClO,HCl溶液显酸性,HClO具有漂白性,B选项不正确;c处为阳极,铁失去电子生成亚铁离子,发生的电极反应为Fe-2e-===Fe2+,C选项正确;实验一中ac形成电解池,db形成电解池,所以实验二中也形成电解池,铜珠的左端为电解池的阳极,铜失电子生成铜离子,m、n是铜珠的右端,为电解池的阴极,开始时产生气体,后来铜离子得到电子生成单质铜,故D选项正确。]
6.(2019·惠州模拟)
某同学设计如图装置,探究氯碱工业原理,下列说法正确的是( )
A.石墨电极与直流电源的负极相连
B.铜电极的电极反应式为2H++2e-===H2↑
C.氢氧化钠在石墨电极附近产生,Na+向石墨电极迁移
D.用湿润的淀粉KI试纸在铜电极附近检验气体,试纸变蓝色
B [氯碱工业的反应原理为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,而Cu为活性电极,故应将Cu电极与电源的负极相连,石墨电极与电源的正极相连,A错误;Cu电极为阴极,电极反应式为2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===H2↑+2OH-),B正确;电解池中,
电解质溶液中的阳离子向阴极移动,则Na+向Cu电极迁移,在Cu电极附近与反应生成的OH-结合生成NaOH,C错误;由B项分析可知,Cu电极上产生H2,石墨电极的反应为2Cl--2e-===Cl2↑,故用湿润的淀粉KI试纸在铜电极附近检验气体,试纸不变色,D错误。]
7.模拟电渗析法淡化海水的工作原理示意图如下。已知X、Y均为惰性电极,模拟海水中富含Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO等离子。下列叙述中不正确的是( )
A.N是阴离子交换膜
B.Y电极上产生有色气体
C.X电极区域有浑浊产生
D.X电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑
D [Y电极为阳极,电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑,为保持Y电极附近溶液呈电中性,M、N之间海水中的阴离子需透过离子交换膜N进入右侧溶液,则N为阴离子交换膜,A正确;电解时,Y电极上产生的Cl2为有色气体,B正确;X为阴极,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,溶液中c(OH-)增大,易产生Mg(OH)2、Ca(OH)2沉淀而使X电极区域出现浑浊,C正确;X电极为阴极,发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,D错误。]
8.(2019·广东名校联考)乙醛酸(HOOC—CHO)是有机合成的重要中间体。工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸,原理如图所示,该装置中阴、阳两极为惰性电极,两极室均可产生乙醛酸,其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸。下列说法正确的是( )
A.M电极与直流电源的负极相连
B.每得到1 mol乙醛酸将有2 mol H+从右室迁移到左室
C.N电极上的电极反应式:HOOC—COOH-2e-+2H+===HOOC—CHO+H2O
D.每消耗0.1 mol乙二醛,在M电极放出2.24 L气体(标准状况下)
D [A.M电极上放出Cl2,Cl2氧化乙二醛生成乙醛酸,N电极上HOOC—COOH放电生成OHC—COOH,故M电极是阳极,M电极与直流电源的正极相连,N电极为阴极,N电极与直流电源的负极相连,故A错误;B.2 mol H+通过质子交换膜,则电池中转移2 mol电子,根据电极方程式HOOC—COOH+2e-+2H+===HOOC—CHO+H2O,可知生成1 mol乙醛酸,由于两极均有乙醛酸生成,所以生成的乙醛酸为2 mol,故B错误;C.N电极上HOOC—COOH得电子生成HOOC—CHO,则电极反应式为HOOC—COOH+2e-+2H+===HOOC—CHO+H2O,故C错误;D.由N电极的电极反应式可知,每消耗0.1 mol乙二醛转移电子0.2 mol, M电极上发生氧化反应2Cl--2e-===Cl2↑,则所得氯气的物质的量为0.1 mol,体积为2.24 L(标准状况下),故D正确。]
9.(2018·广西名校联考)K2S2O8(过硫酸钾)是强氧化剂,在水溶液中能将Mn2+、Cr3+氧化成MnO、Cr2O。某学习小组拟设计如图装置制备K2S2O8。下列说法正确的是( )
A.铜极发生氧化反应
B.阳极反应式为2SO-2e-===S2O
C.电解时,H+从交换膜左侧向右侧迁移
D.若产生22.4 L氢气,则转移电子为2 mol
B [由题图知,与电源负极相连的为阴极,铜极为阴极,发生还原反应,A项错误;石墨极为阳极,发生氧化反应,B项正确;氢离子由质子交换膜右侧(阳极)向左侧(阴极)迁移,C项错误;没有指明标准状况,不能根据产生的氢气体积计算转移电子的物质的量,D项错误。]
10.城市地下潮湿的土壤中常埋有纵横交错的管道和输电线路,当有电流泄漏并与金属管道形成回路时,就会引起金属管道的腐蚀。原理如图所示,但若电压等条件适宜,钢铁管道也可能减缓腐蚀,此现象被称为“阳极保护”。下列有关说法不正确的是( )
A.该装置能够将电能转化为化学能
B.管道右端腐蚀比左端快,右端电极反应式为Fe-2e-===Fe2+
C.如果没有外加电源,潮湿的土壤中的钢铁管道比较容易发生吸氧腐蚀
D.钢铁“阳极保护”的实质是在阳极金属表面形成一层耐腐蚀的钝化膜
B [该装置相当于电解池,能将电能转化为化学能,A正确。左端是阳极,腐蚀得更快,B错误。如果没有外加电源,潮湿的土壤(接近中性)中的钢铁管道发生原电池反应,所以发生的是吸氧腐蚀,C正确。根据题意,此种腐蚀较慢,所以“阳极保护”实际上是在金属表面形成了一层致密的保护膜,D正确。]
11.(2018·全国卷Ⅰ,T13)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示,其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:
①EDTAFe2+-e-===EDTAFe3+
②2EDTAFe3++H2S===2H++S+2EDTAFe2+
该装置工作时,下列叙述错误的是( )
A.阴极的电极反应:CO2+2H++2e-===CO+H2O
B.协同转化总反应:CO2+H2S===CO+H2O+S
C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTAFe3+/EDTAFe2+,溶液需为酸性
C [根据装置图中物质的转化关系分析电极反应类型,如EDTAFe2+生成EDTAFe3+,发生了氧化反应,EDTAFe3+将H2S氧化成S,本身被还原成EDTAFe2+,EDTAFe3+和EDTAFe2+可循环使用,故石墨烯电极为阳极,阳极与光伏电池的正极连接。CO2发生还原反应生成CO,故ZnO@石墨烯电极为阴极。
阴极发生还原反应,氢离子由交换膜右侧向左侧迁移,阴极的电极反应式为CO2+2e-+2H+===CO+H2O,A项正确;结合阳极区发生的反应,可知协同转化总反应为CO2+H2S===S+CO+H2O,B项正确;石墨烯作阳极,其电势高于ZnO@石墨烯的,C项错误;Fe3+、Fe2+在碱性或中性介质中会生成沉淀,它们只稳定存在于酸性较强的介质中,D项正确。]
12.(2018·黄石模拟)如图为相互串联的甲、乙两电解池。
试回答下列问题:
(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置,则A是__________极,材料是__________,电极反应为__________,电解质溶液为__________。当一极有1 mol纯铜析出时,另一极溶解的铜________________________________________________________________________
1 mol(填“大于”“小于”或“等于”)。
(2)乙池中若滴入少量酚酞试液,电解一段时间后Fe电极附近呈__________色,电极反应式为 ____________________。
(3)若甲池为电镀铜装置,当阴极增重12.8 g时,乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为__________L,若此时乙池剩余液体为400 mL,则电解后溶液的pH为__________。
[解析] (1)与电源负极相连的电极是电解池的阴极,与电源正极相连的电极是电解池的阳极。由图示装置知甲池中A为阴极,B为阳极,乙池中Fe为阴极,C(碳棒)为阳极。
甲池若为精炼铜的装置,则A极材料是纯铜,电极反应为Cu2++2e-===Cu,电解质溶液为CuSO4溶液。阳极材料为粗铜,电极反应为Cu-2e-===Cu2+、Zn-2e-===Zn2+、Ni-2e-===Ni2+,根据电极反应和电子守恒知阴极有1 mol纯铜析出时,阳极溶解的铜小于1 mol。
(2)乙池中是电解NaCl溶液,C为阳极,放出Cl2,Fe为阴极,电极反应为2H++2e-===H2↑或2H2O+2e-===H2↑+2OH-,阴极区溶液呈碱性,若滴入少量酚酞溶液,电解一段时间后Fe极附近呈红色。
(3)若甲池为电镀铜装置,阴极增重12.8 g,生成铜的质量为12.8 g,物质的量为0.2 mol,转移电子的物质的量为0.4 mol,根据电子守恒知乙池中阳极放出氯气的物质的量为0.2 mol,在标准状况下的体积为4.48 L;根据2H2O+2e-===H2↑+2OH-知生成OH-的物质的量为0.4 mol,溶液的体积为0.4 L,c(OH-)=1 mol·L-1,pH=14。
[答案] (1)阴 纯铜 Cu2++2e-===Cu CuSO4溶液(其他合理答案也可以) 小于
(2)红 2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===H2↑+2OH-)
(3)4.48 14
[B级 能力提升]
13.电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置如图所示。下列说法错误的是( )
A.为增强导电性,可用金属铜作阳极
B.电解过程中阴、阳极产生的气体的物质的量之比为3∶1
C.阴极的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
D.阳极的电极反应式为CO(NH2)2-6e-+8OH-===CO+N2↑+6H2O
A [如用金属铜作电解池的阳极,则电极本身会发生氧化反应,不能达到电解尿素的目的,故A错误;根据得失电子守恒,电解过程中阴极产生的H2和阳极产生的N2的物质的量之比为3∶1,故B正确;阴极发生还原反应生成氢气的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,故C正确;阳极发生氧化反应得到N2的电极反应式为CO(NH2)2-6e-+8OH-===CO+N2↑+6H2O,故D正确。]
14.(2019·荆州模拟)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( )
A.产物丙为硫酸溶液
B.a极与电源的负极相连
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-
A [电解Na2SO4溶液的实质是电解水,则两极产生的气体为H2和O2;测得同温同压下,气体甲和气体乙的体积比约为1∶2,则甲为O2,乙为H2;所以电极a为阳极,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,Na2SO4溶液中的SO透过阴离子交换膜(c)进入左侧溶液,则产物丙为H2SO4溶液,A正确;a为阳极,则a极与电源的正极相连,B错误;b极为阴极,溶液中阳离子要透过离子交换膜向b极移动,则离子交换膜d为阳离子交换膜,C错误;a极为阳极,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,D错误。]
15.某同学进行下列实验:
操作
现象
取一块打磨过的生铁片,在其表面滴入1滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水
放置一段时间后,生铁片上出现如右图所示的“斑痕”。其边缘处为红色,中心区域为蓝色,在两色环交界处出现铁锈
下列说法不合理的是( )
A.生铁片发生吸氧腐蚀
B.中心区:Fe-2e-===Fe2+
C.边缘处:O2+2H2O+4e-===4OH-
D.交界处:4Fe2++O2+10H2O===4Fe(OH)3+8H+
D [食盐水呈中性,生铁片在食盐水中发生吸氧腐蚀,A正确;中心区域为蓝色,说明有Fe2+生成,则中心区发生的反应为Fe-2e-===Fe2+,B正确;边缘处为红色,说明有OH-生成,使酚酞显红色,则边缘处反应为O2+2H2O+4e-===4OH-,C正确;在两色环交界处出现铁锈,则交界处发生反应:4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,Fe(OH)3分解生成铁锈Fe2O3,D错误。]