第六章第三講電解池金屬的電化學(xué)腐蝕與保護(hù)

1、第三講電解池金屬的電化學(xué)腐蝕與保護(hù)一、選擇題1化學(xué)用語(yǔ)是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要工具，下列用來(lái)表示物質(zhì)變化的化學(xué)用語(yǔ)中，正確的是()。A用惰性電極電解飽和食鹽水時(shí)，陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為2Cl2e=Cl2B氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式：O22H2O4e=4OHC粗銅精煉時(shí)，與電源正極相連的是純銅，陽(yáng)極反應(yīng)式為Cu2e=Cu2D鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的正極反應(yīng)式：Fe2e=Fe2解析電池的負(fù)極發(fā)生的是氧化反應(yīng)，B不對(duì)；粗銅精煉時(shí)，純銅應(yīng)該連接電源的負(fù)極，C錯(cuò)；鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，鐵為負(fù)極，D錯(cuò)。答案A2依據(jù)下列甲、乙、丙三圖，判斷下列敘述不正確的是()A甲是原電池，乙是電鍍裝置B甲、乙裝置中，鋅極上均發(fā)生氧化反應(yīng)C

2、乙、丙裝置中，陽(yáng)極均發(fā)生氧化反應(yīng)而溶解D乙、丙裝置中，c(Cu2)基本不變解析 甲為銅鋅原電池，乙為在Zn片上鍍銅的電鍍池，丙為電解精煉銅。答案 B3.鋁及鋁合金經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化，鋁表面能生成幾十微米厚的氧化鋁膜。某研究性學(xué)習(xí)小組模擬工業(yè)法對(duì)鋁片表面進(jìn)行氧化處理。分別以鉛片、鋁片為電極，以硫酸溶液為電解液，按照如圖所示裝置連接電解池裝置，電解40 min后取出鋁片，用水沖洗，放在水蒸氣中封閉處理2030 min，即可得到更加致密的氧化膜。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是 ()。A電解時(shí)電子從電源負(fù)極導(dǎo)線鋁極，鉛極導(dǎo)線電源正級(jí)B在電解過(guò)程中，H向陽(yáng)極移動(dòng)，SO向陰極移動(dòng)C電解過(guò)程陽(yáng)極周圍溶液的pH下降D電解的總

3、反應(yīng)為2Al6H=2Al33H2解析根據(jù)裝置示意圖分析，鋁片為陽(yáng)極，鉛片為陰極，所以電解時(shí)電子的流向?yàn)閺碾娫簇?fù)極導(dǎo)線鉛極，鋁極導(dǎo)線電源正極，A項(xiàng)錯(cuò)誤；電解過(guò)程中，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，陰離子則向陽(yáng)極移動(dòng)，B項(xiàng)不正確；根據(jù)題意，電解的總反應(yīng)為：2Al3H2OAl2O33H2，陽(yáng)極的電極反應(yīng)為：2Al3H2O6e=Al2O36H，陽(yáng)極周圍的pH下降，C項(xiàng)正確，而D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案C4臭氧是常見(jiàn)的強(qiáng)氧化劑，廣泛用于水處理系統(tǒng)。制取臭氧的方法很多，其中高壓放電法和電解純水法原理如下圖所示，下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是 ()。A高壓放電法，反應(yīng)的原理為3O22O3B高壓放電出來(lái)的空氣中，除含臭氧外還含有氮的氧化物C電

4、解時(shí)，電極b周圍發(fā)生的電極反應(yīng)有3H2O6e=O36H和2H2O4e=O24HD電解時(shí)，H由電極a經(jīng)聚合固體電解質(zhì)膜流向電極b解析高壓放電法與閃電條件下氧氣部分轉(zhuǎn)化為臭氧類似，其反應(yīng)的原理為：3O22O3，因空氣中還含有氮?dú)?，放電條件下，氮?dú)庖材芘c氧氣反應(yīng)，故有氮氧化物生成，A、B兩項(xiàng)均正確；觀察上圖電解法制臭氧，可發(fā)現(xiàn)有氫氣放出，必由水還原生成，發(fā)生還原反應(yīng)，故a為陰極；同理，由水生成氧氣和臭氧，發(fā)生氧化反應(yīng)，C項(xiàng)正確；因b為陽(yáng)極，電解質(zhì)中的陽(yáng)離子移向陰極，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案D5如圖，a、b是石墨電極，通電一段時(shí)間后，b極附近溶液顯紅色。下列說(shuō)法正確的是()。AX極是電源負(fù)極，Y極是電源正極B

5、a極的電極反應(yīng)是2Cl2e=Cl2C電解過(guò)程中CuSO4溶液的pH逐漸增大DPt極上有6.4 g Cu析出時(shí)，b極產(chǎn)生2.24 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體解析由題意知b極為陰極，a極為陽(yáng)極，a極發(fā)生的電極反應(yīng)為2Cl2e=Cl2，Y為負(fù)極，X為正極，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確，Pt極上的反應(yīng)為2H2O4e=O24H，溶液的酸性增強(qiáng)，pH減小，Pt極上產(chǎn)生O2，Cu極上有Cu析出，C、D項(xiàng)均錯(cuò)誤。答案B6電解100 mL含c(H)0.30 mol·L1下列溶液，當(dāng)電路中通過(guò)0.04 mol電子時(shí)，理論上析出金屬質(zhì)量最大的是()A0.10 mol·L1AgNO3溶液B0.10 mol

6、3;L1ZnSO4溶液C0.20 mol·L1CuCl2溶液D0.20 mol·L1Pb(NO3)2溶液解析 根據(jù)金屬活動(dòng)性順序表可知：Ag和Cu排在H后面，而Zn和Pb排在H以前，所以Ag、Cu2的氧化性比H大，應(yīng)優(yōu)先于H放電而析出。因?yàn)?.01 mol Ag的質(zhì)量小于0.02 mol Cu的質(zhì)量，所以C項(xiàng)正確。答案 C7以酸性氫氧燃料電池為電源進(jìn)行電解的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。A燃料電池工作時(shí)，正極反應(yīng)為O22H2O4e=4OHBa極是鐵，b極是銅時(shí)，b極逐漸溶解，a極上有銅析出Ca、b兩極若是石墨，在相同條件下a極產(chǎn)生的氣體與電池中消耗的H2體積相等Da極是粗銅，b極是純銅

7、時(shí)，a極逐漸溶解，b極上有銅析出解析 本題結(jié)合原電池和電解池綜合考查電化學(xué)的基本理論。圖中左側(cè)為氫氧燃料電池，右側(cè)為電解池，燃料電池為酸性介質(zhì)，負(fù)極反應(yīng)為2H24e=4H，正極反應(yīng)為O24H4e=2H2O，A錯(cuò)誤；a為陽(yáng)極，b為陰極，金屬鐵作陽(yáng)極，優(yōu)先失電子，a極逐漸溶解，B錯(cuò)誤；a、b兩極若是石墨，b極上析出銅，a極上產(chǎn)生O2，C錯(cuò)誤；粗銅為陽(yáng)極，銅及比銅活潑的金屬失電子形成離子進(jìn)入溶液中，銅離子得電子后在b極上析出，D正確。答案 D二、非選擇題8某小組同學(xué)設(shè)想用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來(lái)制取氧氣、氫氣、硫酸和氫氧化鉀。(1)X極與電源的_(填“正”或“負(fù)”)極相連，氫氣從_(選填“A”、“B

8、”、“C”或“D”)口導(dǎo)出。(2)離子交換膜只允許一類離子通過(guò)，則M為_(kāi)(填“陰離子”或“陽(yáng)離子”，下同)交換膜，N為_(kāi)交換膜。(3)若將制得的氫氣、氧氣和氫氧化鉀溶液組合為氫氧燃料電池(石墨為電極)，則電池負(fù)極的電極反應(yīng)式為_(kāi)。(4)若在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，制得11.2 L氫氣，則生成硫酸的質(zhì)量是_，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為_(kāi)。解析：題圖中左邊加入含硫酸的水，暗示左邊制硫酸，即OH在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，使左邊溶液中H增多，為了使溶液呈電中性，硫酸鉀溶液中的SO通過(guò)M交換膜向左邊遷移，即M為陰離子交換膜，由此推知X為陽(yáng)極，與電源正極相連，B出口產(chǎn)生氧氣，A出口流出硫酸；同理，右側(cè)加入含KOH的水，說(shuō)明右邊制備KO

9、H溶液，H在Y極發(fā)生還原反應(yīng)，說(shuō)明Y極為陰極，與電源負(fù)極相連，右邊溶液中OH增多，硫酸鉀溶液中K向右遷移，N為陽(yáng)離子交換膜。所以，C出口產(chǎn)生氫氣，D出口流出KOH溶液。(3)若將制得的氫氣和氧氣在氫氧化鉀溶液中構(gòu)成原電池，正極反應(yīng)式為O22H2O4e=4OH，負(fù)極反應(yīng)式為2H24e4OH=4H2O。(4)n(H2)0.5 mol,2H2e=H2，得電子為1 mol，X極的反應(yīng)式為4OH4e=2H2OO2或2H2O4e=4HO2，根據(jù)電子守恒知，生成H的物質(zhì)的量為1 mol，故生成0.5 molH2SO4，m(H2SO4)49 g。答案：(1)正C(2)陰離子陽(yáng)離子(3)H22e2OH=2H2O

10、(4)49g6.02×10239對(duì)金屬制品進(jìn)行抗腐蝕處理，可延長(zhǎng)其使用壽命。(1)以下為鋁材表面處理的一種方法：堿洗的目的是除去鋁材表面的自然氧化膜，堿洗時(shí)常有氣泡冒出，原因是_(用離子方程式表示)。為將堿洗槽液中的鋁以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列試劑中的_。aNH3 bCO2 cNaOH dHNO3以鋁材為陽(yáng)極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽(yáng)極電極反應(yīng)式為_(kāi)。取少量廢電解液，加入NaHCO3溶液后產(chǎn)生氣泡和白色沉淀，產(chǎn)生沉淀的原因是_。(2)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時(shí)用銅而不用石墨作陽(yáng)極的原因是_。(3)利用右圖裝置，可以模擬鐵的電化學(xué)防護(hù)。若X為碳棒，為減

11、緩鐵的腐蝕，開(kāi)關(guān)K應(yīng)置于_處。若X為鋅，開(kāi)關(guān)K置于M處，該電化學(xué)防護(hù)法稱為_(kāi)。解析(1)題中指出在堿洗時(shí)有氣泡產(chǎn)生，則只有金屬鋁與堿反應(yīng)才符合條件，故堿洗過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為Al2O32OHH2O=2AlO、2Al2OH4H2O=2AlO3H2。堿洗后溶液中含有大量AlO，故最好通入CO2氣體使AlO轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀以回收鋁。活潑金屬作陽(yáng)極，陽(yáng)極材料本身失電子被氧化，其氧化產(chǎn)物為Al2O3，由此可得陽(yáng)極反應(yīng)式為2Al3H2O6e=Al2O36H。加入NaHCO3溶液后，Al3與HCO發(fā)生相互促進(jìn)的水解反應(yīng)，離子方程式可表示為Al33HCO=Al(OH)33CO2。(2)電鍍時(shí)若

12、用石墨作陽(yáng)極，則電解過(guò)程中電解液中Cu2濃度不斷減小，導(dǎo)致鐵表面不能鍍上均勻的銅。(3)若X為碳棒，則只能用外加電源的陰極保護(hù)法，此時(shí)開(kāi)關(guān)K應(yīng)置于N處。若X為Zn，K置于M處，其保護(hù)原理為犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法。答案(1)2Al2OH2H2O=2AlO3H2b2Al3H2O6e=Al2O36HHCO與Al3發(fā)生水解相互促進(jìn)反應(yīng)，產(chǎn)生Al(OH)3沉淀(2)補(bǔ)充溶液中消耗的Cu2，保持溶液中Cu2濃度恒定(3)N犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法10如圖為相互串聯(lián)的甲、乙兩個(gè)電解池，X、Y為直流電源的兩個(gè)電極。電解過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)石墨電極附近先變紅。請(qǐng)回答：(1)電源X極為_(kāi)極(填“正”或“負(fù)”)，乙池中Pt電極上

13、的電極反應(yīng)式為_(kāi)。(2)甲池若為電解精煉銅的裝置，其陰極增重12.8 g，則乙池中陰極上放出的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為_(kāi)，電路中通過(guò)的電子為_(kāi)mol。(3)若乙池剩余溶液的體積仍為400 mL，則電解后所得溶液c(OH)_。解析 (1)由題意得X極為正極，Pt電極為電解池的陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為2Cl2e=Cl2。(2)甲池的陰極電極反應(yīng)式：Cu22e=Cu。乙池的陰極電極反應(yīng)式：2H2e=H2由電子守恒得：Cu2eH264 g2 mol22.4 L128 gn(e)V(H2)則：n(e)0.4 mol，V(H2)4.48 L(3)乙池發(fā)生反應(yīng)：2Cl2H2O2OH H2Cl22 22.4 Ln(

14、OH)4.48 Ln (OH)0.4 mol電解后所得溶液c(OH)1 mol·L1答案 (1)正2Cl2e=Cl2(2)4.48 L0.4(3)1 mol·L111如下圖裝置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性電極，甲、乙中溶液的體積和濃度都相同(假設(shè)通電前后溶液體積不變)，A、B為外接直流電源的兩極。將直流電源接通后，F(xiàn)極附近呈紅色。請(qǐng)回答：(1)B極是電源的_，一段時(shí)間后，甲中溶液顏色_，丁中X極附近的顏色逐漸變淺，Y極附近的顏色逐漸變深，這表明_，在電場(chǎng)作用下向Y極移動(dòng)。(2)若甲、乙裝置中的C、D、E、F電極均只有一種單質(zhì)生成時(shí)，對(duì)應(yīng)單質(zhì)的物質(zhì)的量之比為_(kāi)。(3)

15、現(xiàn)用丙裝置給銅件鍍銀，則H應(yīng)該是_(填“鍍層金屬”或“鍍件”)，電鍍液是_溶液。當(dāng)乙中溶液的pH是13時(shí)(此時(shí)乙溶液體積為500 mL)，丙中鍍件上析出銀的質(zhì)量為_(kāi)，甲中溶液的pH_(填“變大”、“變小”或“不變”)。(4)若將C電極換為鐵，其他裝置都不變，則甲中發(fā)生總反應(yīng)的離子方程式是_。解析(1)F極附近呈紅色，說(shuō)明F是陰極，E是陽(yáng)極，則A為正極，B為負(fù)極。甲中因Cu2放電使溶液顏色變淺。丁中Y極附近顏色變深，說(shuō)明Fe(OH)3膠粒向陰極移動(dòng)，即Fe(OH)3膠粒帶正電荷。(2)C、D、E、F的電極產(chǎn)物分別為O2、Cu、Cl2、H2，由于電路中通過(guò)的電量相等，所以其物質(zhì)的量之比為1222。(3)乙中溶