化学二轮复习届全程复习方略课时提升作业二十七 92电解池 金属的电化学腐蚀与防护DOC.docx
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化学二轮复习届全程复习方略课时提升作业二十七92电解池金属的电化学腐蚀与防护DOC
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课时提升作业(二十七)
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10小题,每小题6分,共60分)
1.(2013·沈阳模拟)某研究性学习小组用如图装置研究不同能量之间的转化问题。
下列说法正确的是 ( )
A.断开开关S1,闭合开关S2,化学能转化为电能,电能转化为光能等
B.断开开关S1,闭合开关S2,此时构成的装置属于电解池
C.断开开关S2,闭合开关S1,此时构成的装置属于原电池
D.断开开关S2,闭合开关S1,化学能转化为电能
2.(2013·上海高考)糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等,其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。
下列分析正确的是 ( )
A.脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长糕点保质期
B.脱氧过程中铁作原电池正极,电极反应为Fe-3e-
Fe3+
C.脱氧过程中碳作原电池负极,电极反应为2H2O+O2+4e-
4OH-
D.含有1.12g铁粉的脱氧剂,理论上最多能吸收氧气336mL(标准状况)
3.用惰性电极电解某溶液时,发现两极只有H2和O2生成。
则电解一段时间后,下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中,正确的有 ( )
①该溶液的pH可能增大
②该溶液的pH可能减小
③该溶液的pH可能不变
④该溶液的浓度可能增大
⑤该溶液的浓度可能不变
⑥该溶液的浓度可能减小
A.3种 B.4种 C.5种 D.6种
4.(2014·宁波模拟)电解原理在化学工业中有着广泛的应用。
图甲表示一个电解池,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。
则下列说法不正确的是 ( )
A.若此装置用于电解精炼铜,则X为纯铜、Y为粗铜,电解的溶液a可以是硫酸铜或氯化铜溶液
B.按图甲装置用惰性电极电解AgNO3溶液,若图乙横坐标x表示流入电极的电子的物质的量,则E可表示反应生成硝酸的物质的量,F表示电解生成气体的物质的量
C.按图甲装置用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间后,加入0.5mol的碳酸铜刚好恢复到通电前的浓度和pH,则电解过程中转移的电子为2.0mol
D.若X、Y为铂电极,a溶液为500mLKCl和KNO3的混合液,经过一段时间后,两极均得到标准状况下11.2L气体,则原混合液中KCl的物质的量浓度至少为
2.0mol·L-1
5.(2013·秦皇岛模拟)臭氧是常见的强氧化剂,广泛用于水处理系统。
制取臭氧的方法很多,其中高压放电法和电解纯水法原理如图所示,下列有关说法不正确的是 ( )
A.高压放电法,反应的原理为3O2
2O3
B.高压放电出来的空气中,除含臭氧外还含有氮的氧化物
C.电解纯水时,电极b周围发生的电极反应有6OH--6e-====O3↑+3H2O和4OH--4e-====O2↑+2H2O
D.电解水时,H+由电极a经聚合电解质薄膜流向电极b
6.(2014·上饶模拟)某同学用下图所示装置进行铜的电解精炼实验(粗铜中有锌、铁、镍、银等杂质,部分导线未画出),下列说法正确的是 ( )
A.a应与c相连接,b应与d相连接
B.电解一段时间,b与d两极析出物质的物质的量相等
C.电解一段时间,b极附近溶液的pH降低
D.电解过程中,Y装置中Cu2+的浓度始终不变
7.粗铜中一般含有锌、铁、银、金等杂质。
在如图所示的装置中,甲池的总反应方程式为2CH3OH+3O2+4KOH====2K2CO3+6H2O,接通电路一段时间后,纯铜电极质量增加了3.2g。
在此过程中,下列说法正确的是 ( )
A.甲池是电能转化为化学能的装置,乙池是化学能转化为电能的装置
B.甲池中理论上消耗标准状况下空气的体积是2.8L(空气中O2体积分数以20%计算)
C.乙池中CuSO4溶液的浓度不变
D.甲池通入CH3OH一极的电极反应为CH3OH-6e-+2H2O====C
+8H+
8.(2014·济南模拟)用惰性电极电解硫酸铜溶液,整个过程转移电子的物质的量与产生气体总体积的关系如图所示(气体体积均在相同状况下测定)。
欲使溶液恢复到起始状态,可向溶液中加入 ( )
A.0.1molCuOB.0.1molCuCO3
C.0.1molCu(OH)2D.0.05molCu2(OH)2CO3
9.(2013·扬州模拟)如图所示,Na-S电池是当前开发的一种高性能可充电电池,它所贮存的能量为常用铅蓄电池的5倍(按相同质量计),电池反应为2Na(l)+
S8(l)
Na2Sn,下列说法不正确的是 ( )
A.外室熔融硫中添加石墨粉主要是为了增强导电性
B.放电时Na+向正极移动
C.充电时阳极反应式为8
-16e-====nS8
D.用该电池电解饱和食盐水时阴极产物只有H2
10.(2014·兰州模拟)将等物质的量浓度的CuSO4和NaCl等体积混合后,用石墨电极进行电解,电解过程中,溶液pH随时间t变化的曲线如图所示,则下列说法错误的是 ( )
A.阳极先逸出Cl2,后逸出O2,阴极先产生Cu,后逸出H2
B.AB段阳极只产生Cl2,阴极只产生Cu
C.BC段表示在阴极上是H+放电产生了H2
D.CD段相当于电解水
二、非选择题(本题包括3小题,共40分)
11.(10分)(2014·西安模拟)如图所示,用石墨电极电解氯化铜溶液。
查阅资料可知CuC
显黄色,氯化铜溶液显蓝绿色或黄绿色。
请回答下列问题:
(1)阳极上的气体呈 色,检验该气体可用 _________________________
____________________________________________。
(2)写出电解的离子方程式:
_________________________________________。
(3)为什么要设计连接后面的装置?
___________________________________。
12.(14分)(能力挑战题)已知铅蓄电池的工作原理为Pb+PbO2+2H2SO4
2PbSO4+2H2O,现用如图装置进行电解(电解液足量),测得当铅蓄电池中转移0.4mol电子时铁电极的质量减少11.2g。
请回答下列问题:
(1)A是铅蓄电池的 极,铅蓄电池正极反应式为__________________
,放电过程中电解液的密度 (填“减小”“增大”或“不变”)。
(2)Ag电极的电极反应式是 ,该电极的电极产物共______
g。
(3)Cu电极的电极反应式是 ,CuSO4溶液的浓度_________
(填“减小”“增大”或“不变”)。
(4)如图表示电解进行过程中某个量(纵坐标x)随时间的变化曲线,则x表示 。
a.各U形管中产生的气体的体积
b.各U形管中阳极质量的减少量
c.各U形管中阴极质量的增加量
13.(16分)(能力挑战题)
(1)对铝制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。
以处理过的铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极反应式为 。
(2)最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)实验氮的固定——电解法合成氨,大大提高了氮气和氢气的转化率,总反应式为
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g),则在电解法合成氨的过程中,应将H2不断地通入______
极(填“阴”或“阳”);向另一电极通入N2,该电极的反应式为_____
___________________________________ 。
(3)用如图所示装置电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液可以制取N2、H2(注:
电解池中隔膜仅阻止气体通过)。
上述电解池的阳极反应式为 ________________________________________。
答案解析
1.【解析】选A。
从装置图可知断开开关S1,闭合开关S2,构成原电池,化学能转化为电能,电能转化为光能等,A正确,B错误;断开开关S2,闭合开关S1,此时构成的装置属于电解池,C、D错误。
2.【解析】选D。
钢铁的吸氧腐蚀为放热反应,A错误。
脱氧过程,铁为负极,电极反应为Fe-2e-====Fe2+;碳作正极,电极反应为2H2O+O2+4e-====4OH-,B、C均错误。
根据电极反应可得电池反应为2Fe+O2+2H2O====2Fe(OH)2,Fe(OH)2可继续被氧化:
4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3,因此可得关系式:
4Fe→3O2,1.12gFe完全反应最多可吸收O2336mL(标准状况),D正确。
【加固训练】下列说法正确的是 ( )
A.镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈
B.铜的金属活泼性比铁弱,可在海轮外壳上装若干铜块以减缓铁腐蚀
C.铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应
D.铅蓄电池在放电过程中,负极质量减小,正极质量增加
【解析】选A。
A项,镀层是铜,当镀层破坏时,易形成电化学腐蚀而使相对活泼的金属被腐蚀,即铁的腐蚀会加剧;B项,在海轮外壳上应装上比铁活泼的锌,不能用铜,否则会加快铁的腐蚀,错误;C项,铅蓄电池放电时的负极反应、充电时的阳极反应均发生失电子的氧化反应,错误;D项,铅蓄电池负极反应为Pb-2e-+S
====PbSO4,PbSO4不溶于水,负极质量增加,错误。
3.【解题指南】正确解答本题,需明确:
只有水被电解时,不要误认为溶液的pH不变化或一定变化。
要分析水减少后,溶液中c(H+)或c(OH-)怎样变化。
【解析】选C。
若电解的是不饱和的强碱(如NaOH)溶液,则电解后溶液的pH增大,浓度增大;若电解的是不饱和的非还原性的含氧酸(如H2SO4),则对应溶液的pH将减小,浓度增大;若电解的是活泼金属的含氧酸盐(如Na2SO4)的饱和溶液,则溶液pH保持不变,浓度不变。
4.【解析】选C。
电解精炼铜时,阳极为粗铜,阴极为纯铜,电解质溶液为可溶性铜盐溶液,A项正确;惰性电极电解AgNO3溶液时的反应为4AgNO3+2H2O
4HNO3+4Ag+O2↑,故B项正确;利用电解CuSO4溶液的反应式2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑可知,若电解一段时间CuSO4溶液后加入0.5mol的碳酸铜刚好恢复到通电前的浓度和pH,则电解过程中转移的电子为1.0mol,C项错;D项,阴极析出氢气,阳极先析出氯气,后析出氧气,因此若两极气体体积相等则阳极产生的气体只能是氯气,利用氯原子守恒可知混合液中c(KCl)至少为
1mol÷0.5L=2.0mol·L-1。
5.【解析】选D。
高压放电法与闪电条件下氧气部分转化为臭氧类似,其反应的原理为3O2
2O3,因空气中还含有氮气,放电条件下,氮气也能与氧气反应,故有氮氧化物生成,A、B两项均正确;观察题图电解纯水法,可发现有氢气放出,必由水发生还原反应生成,故a为阴极;同理,由水生成氧气和臭氧,发生氧化反应,C项正确;因b为阳极,电解质中的阳离子移向阴极,故D项错误。
6.【解析】选B。
a为负极,应与纯铜即与d极相连,b为正极,应与粗铜即与c极相连,A项错误。
b极析出H2,而d极析出Cu,B项正确。
b极附近溶液的pH升高,C项错误。
电解过程中,d极析出Cu,c极溶解的不仅有Cu,还有各种金属杂质,因而Y装置中Cu2+的浓度是减小的,D项错误。
7.【解析】选B。
根据装置图的特点可知甲池为原电池,乙池为电解池,再根据电子得失守恒进行相关的计算。
C项中因粗铜含锌、铁,比铜更易失电子,当阳极溶解锌、铁时,阴极析出铜,故铜离子浓度减小。
D项溶液为碱性,不能生成氢离子。
8.【解析】选D。
观察图像中曲线的斜率可知,OP段和PQ段气体的成分不同。
由于阳极始终是OH-放电,所以可以推断出,OP段只有阳极产生O2(阴极无气体生成),PQ段阴、阳两极都产生气体。
因此,整个过程发生的反应为①2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑和②2H2O
2H2↑+O2↑。
结合图像中转移电子的物质的量,可计算出反应①析出0.1molCu和0.05molO2,反应②消耗0.05molH2O。
根据“出什么加什么,出多少加多少”的原则,欲使溶液恢复到起始状态,应向溶液中加入0.1molCuO和0.05molH2O。
而0.05molCu2(OH)2CO3恰好相当于0.1molCuO和0.05molH2O(生成0.05molCO2无影响),故D正确。
9.【解析】选D。
由于硫是绝缘体,故在外室填充石墨粉以保证良好的导电性,A正确;在原电池中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,B正确;充电时阳极发生氧化反应,C正确;用该电池电解饱和食盐水时,H2O电离出的H+在阴极放电产生H2,同时也生成NaOH,D错。
【方法技巧】充电电池的电极与反应
(1)“正正负负”——即原电池的正极充电时要与外接电源的正极相连,原电池的负极充电时要与外接电源的负极相连。
(2)“颠颠倒倒”——即原电池的正极反应倒过来,就是充电时电解池的阳极反应式。
原电池的负极反应倒过来,就是充电时电解池的阴极反应式。
10.【解析】选C。
由于两种溶液的体积相等,物质的量浓度也相等,即溶质的物质的量相等,设CuSO4和NaCl的物质的量各1mol,电解分3个阶段:
[第一阶段]阳极:
1mol氯离子失1mol电子,阴极:
0.5mol铜离子得1mol电子,因为铜离子水解使溶液显酸性,随着电解的进行,铜离子的浓度降低,酸性减弱,pH将增大。
[第二阶段]阳极:
1mol氢氧根离子失1mol电子(来源于水的电离),阴极:
0.5mol铜离子再得1mol电子,因为氢氧根离子消耗,使水溶液中氢离子浓度增大,pH迅速减小。
[第三阶段]阳极:
氢氧根离子失电子,阴极:
氢离子得电子,它们都来源于水的电离,实质是电解水,导致溶液的体积减小,使溶液中氢离子浓度增大,pH继续减小,故C项错误。
11.【解析】
(1)阳极是阴离子放电,即Cl-放电产生Cl2,故颜色为黄绿色;检验Cl2可用湿润的淀粉KI试纸,若试纸变蓝,则确定为氯气。
(2)电解氯化铜的离子方程式为Cu2++2Cl-
Cu+Cl2↑。
(3)电解氯化铜时产生的氯气有毒,故后面连接装置既可用于检验电解产生的气体,又可用于吸收该有毒气体。
答案:
(1)黄绿 湿润的淀粉KI试纸
(2)Cu2++2Cl-
Cu+Cl2↑
(3)因为阳极产生的氯气为有毒气体,故后面连接装置可以用于检验与吸收
12.【解析】根据在电解过程中铁电极质量的减少可判断A是电源的负极,B是电源的正极,电解时Ag极作阴极,电极反应式为2H++2e-====H2↑,Fe作阳极,电极反应式为Fe-2e-====Fe2+,左侧U形管中总反应式为Fe+2H+====Fe2++H2↑。
右侧U形管相当于电镀装置,Zn电极作阴极,电极反应式为Cu2++2e-====Cu,铜电极作阳极,电极反应式为Cu-2e-====Cu2+,电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变,根据上述分析可得答案。
答案:
(1)负 PbO2+4H++S
+2e-====PbSO4+2H2O 减小
(2)2H++2e-====H2↑ 0.4
(3)Cu-2e-====Cu2+ 不变 (4)b
【方法技巧】电解计算的一般解题思路
(1)先看阳极材料是活性电极还是惰性电极。
(2)找全离子,将溶液中的所有离子按阴阳离子分开。
(3)根据电子守恒,串联电路中转移的电子数目相同,即阴离子(活泼电极)失去的电子数等于阳离子得到的电子数,列出关系式进行计算。
常用的计算关系式有:
4H+~4OH-~2H2~O2~2Cu2+~2Cu~4Ag~4Ag+~4Cl-~2Cl2等。
13.【解题指南】正确解答本题,需明确以下两点:
(1)书写电极反应式时,一定要注意溶液的性质;
(2)电极反应式的书写要注意利用得失电子守恒和电荷守恒配平。
【解析】
(1)铝失电子和水反应生成氧化铝和氢离子,电极反应式为2Al+3H2O-6e-====Al2O3+6H+。
(2)从总反应可以判断出H2被氧化,应该是在阳极发生的反应,N2在阴极发生还原反应:
N2+6H++6e-====2NH3。
(3)由图可知,阳极是尿素[CO(NH2)2]失去电子生成N2和K2CO3,电极反应式为CO(NH2)2-6e-+8OH-====C
+N2↑+6H2O。
答案:
(1)2Al+3H2O-6e-====Al2O3+6H+
(2)阳 N2+6H++6e-====2NH3
(3)CO(NH2)2-6e-+8OH-====C
+N2↑+6H2O
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