考點規(guī)范練17　電解池　金屬的腐蝕與防護(hù)一、選擇題1.下列裝置的線路接通后,經(jīng)過一段時間,溶液的pH明顯減小的是(　　)。2.(2019江蘇卷)將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后,置于如圖所示裝置中,進(jìn)行鐵的電化學(xué)腐蝕實驗。下列有關(guān)該實驗的說法正確的是(　　)。A.鐵被氧化的電極反應(yīng)式為Fe-3e-Fe3+B.鐵腐蝕過程中化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能C.活性炭的存在會加速鐵的腐蝕D.以水代替NaCl溶液,鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕3.(2020寧夏銀川聯(lián)考改編)化學(xué)用語是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要工具,下列用來表示物質(zhì)變化的化學(xué)用語正確的是(　　)。A.用銅作陰極,石墨作陽極,電解飽和食鹽水時,陽極的電極反應(yīng)式為2Cl--2e-Cl2↑B.鉛蓄電池放電時的正極反應(yīng)式為S+Pb-2e-PbSO4C.粗銅精煉時,與電源正極相連的應(yīng)是粗銅,該極發(fā)生的電極反應(yīng)只有Cu-2e-Cu2+D.鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的正極反應(yīng)式為Fe-2e-Fe2+4.(雙選)三室式電滲析法處理含NH4NO3廢水的原理如圖所示,在直流電源的作用下,兩膜中間的N和N可通過離子交換膜,而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。工作一段時間后,在兩極區(qū)均得到副產(chǎn)品NH4NO3。下列敘述正確的是(　　)。A.a極為電源負(fù)極,b極為電源正極B.c膜是陰離子交換膜,d膜是陽離子交換膜C.陰極電極反應(yīng)式為12H++2N+10e-N2↑+6H2OD.當(dāng)電路中通過1 mol電子的電量時,陽極會有5.6 L (標(biāo)準(zhǔn)狀況)O2生成5.利用電解質(zhì)溶液的濃度對電極電勢的影響,可設(shè)計濃差電池。如圖為一套濃差電池和電解質(zhì)溶液再生的配套裝置示意圖,閉合開關(guān)K之前,兩個Cu電極的質(zhì)量相等。下列有關(guān)這套裝置的說法中錯誤的是(　　)。A.循環(huán)物質(zhì)E為水B.乙池中Cu電極為陰極,發(fā)生還原反應(yīng)C.甲池中的電極反應(yīng)式為Cu2++2e-CuD.若外電路中通過1 mol電子,兩電極的質(zhì)量差為64 g6.(雙選)高鐵酸鈉(Na2FeO4)是一種新型綠色水處理劑。工業(yè)上可用電解濃NaOH溶液制備Na2FeO4,其工作原理如圖所示,兩端隔室中離子不能進(jìn)入中間隔室。下列說法錯誤的是(　　)。A.陽極反應(yīng)式:8OH-+Fe-6e-Fe+4H2OB.甲溶液可循環(huán)利用C.離子交換膜a是陰離子交換膜D.當(dāng)電路中通過2 mol電子時,Fe電極會有1 mol H2生成7.現(xiàn)用Pt電極電解1 L濃度均為0.1 mol·L-1的HCl、CuSO4的混合溶液,裝置如圖,下列說法正確的是(　　)。A.電解開始時陰極有H2放出B.電解開始時陽極上發(fā)生:Cu2++2e-CuC.當(dāng)電路中通過電子的物質(zhì)的量超過0.1 mol時,此時陰極放電的離子發(fā)生了變化D.整個電解過程中,S不參與電極反應(yīng)8.將等物質(zhì)的量濃度的Cu(NO3)2和KCl溶液等體積混合后,用石墨電極進(jìn)行電解,電解過程中,溶液pH隨時間t變化的曲線如圖所示,則下列說法錯誤的是(　　)。A.AB段陽極只產(chǎn)生Cl2,陰極只產(chǎn)生CuB.BC段表示在陰極上是H+放電產(chǎn)生了H2C.CD段相當(dāng)于電解水D.陽極先析出Cl2,后析出O2,陰極先產(chǎn)生Cu,后析出H2二、非選擇題9.電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(yīng)用,不僅可以制備物質(zhì),還可以提純和凈化。(1)電解食鹽水是氯堿工業(yè)的基礎(chǔ)。目前比較先進(jìn)的方法是陽離子交換膜法,電解原理如圖所示,圖中的陽離子交換膜只允許陽離子通過,請回答以下問題:①圖中A極要連接電源的　　　(填“正”或“負(fù)”)極。 ②精制飽和食鹽水從圖中　　　　位置補充,氫氧化鈉溶液從圖中　　　位置流出。(填“a”“b”“c”“d”“e”或“f”) ③電解總反應(yīng)的離子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)化學(xué)在環(huán)境保護(hù)中起著十分重要的作用,電化學(xué)降解法可用于治理水中硝酸鹽的污染,電化學(xué)降解N的原理如圖所示。①電源正極為　　　　(填“A”或“B”),陰極反應(yīng)式為　。 ②若電解過程中轉(zhuǎn)移了5 mol電子,則膜左側(cè)電解液的質(zhì)量變化為　　　　 g。 10.(1)用間接電化學(xué)法除去NO的過程,如圖所示:已知電解池的陰極室中溶液的pH在4~7之間,寫出陰極的電極反應(yīng)式:　                                      。 用離子方程式表示吸收池中除去NO的原理: 　　　　　　　　　　　　　　。 (2)目前已開發(fā)出電解法制取ClO2的新工藝。①用石墨作電極,在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2(如圖所示),寫出陽極產(chǎn)生ClO2的電極反應(yīng)式:　 　　　　　　　　　　　　　。 ②電解一段時間,當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體體積為112 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時,停止電解,通過陽離子交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為　　　　 mol;用平衡移動原理解釋陰極區(qū)pH增大的原因:　  　　　　　　　　　　　　　　。 (3)①鋼鐵銹蝕的圖示如圖a所示:圖a圖b用箭頭表示出圖a中電子的運動方向;請你分析鐵軌銹蝕的原因是                                          　。 ②我國的科技人員為了消除SO2的污染,變廢為寶,利用原電池原理,設(shè)計由SO2和O2來制備硫酸。設(shè)計裝置如圖b所示,電極A、B為多孔的材料。A極為　　　　(填“正極”或“負(fù)極”)。 B極的電極反應(yīng)式是　　　　　　　　　　　　　　。 11.如圖所示的四個容器中分別盛有不同的溶液,除a、b外,其余電極均為石墨電極。甲為鉛蓄電池,其工作原理為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,其兩個電極的電極材料分別為PbO2和Pb。閉合K,發(fā)現(xiàn)g電極附近的溶液先變紅,20 min后,將K斷開,此時c、d兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同。據(jù)此回答:(1)a電極的電極材料是　　　　　(填“PbO2”或“Pb”)。 (2)丙裝置中發(fā)生電解的總反應(yīng)方程式為　　　　　　　　　　　　　。 (3)電解20 min時,停止電解,此時要使乙中溶液恢復(fù)到原來的狀態(tài),需要加入的物質(zhì)及其物質(zhì)的量是　　　　　　　　。 (4)20 min后將乙裝置與其他裝置斷開,然后在c、d兩極間連接上靈敏電流計,發(fā)現(xiàn)電流計指針偏轉(zhuǎn),則此時c電極為　　　　　極,d電極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)為　。 (5)電解后取a mL丁裝置中的溶液,向其中逐滴加入等物質(zhì)的量濃度的CH3COOH溶液,當(dāng)加入b mL CH3COOH溶液時,混合溶液的pH恰好等于7(體積變化忽略不計)。已知CH3COOH的電離平衡常數(shù)為1.75×10-5,則=　　　。  答案：1.D　解析:A項,該裝置是原電池裝置,H+放電生成氫氣,溶液的pH增大,A項錯誤。B項,陽極發(fā)生反應(yīng):2OH-+Cu-2e-Cu(OH)2,陰極發(fā)生反應(yīng):2H2O+2e-H2↑+2OH-,總反應(yīng):Cu+2H2OCu(OH)2+H2↑,反應(yīng)消耗了水使溶液的pH增大,B項錯誤。C項,電解NaCl溶液,總反應(yīng):2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,生成氫氧化鈉使溶液的pH增大,C項錯誤。D項,電解硫酸銅溶液的總反應(yīng):2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,生成硫酸使溶液的pH減小,D項正確。2.C　解析:D項,用水代替NaCl溶液,Fe和炭也可以構(gòu)成原電池,Fe失去電子,空氣中的O2得到電子,鐵發(fā)生吸氧腐蝕,錯誤。3.A　解析:鉛蓄電池放電時的正極反應(yīng)式為4H++S+PbO2+2e-PbSO4+2H2O,負(fù)極反應(yīng)式為Pb-2e-+SPbSO4,B項錯誤。粗銅精煉時,與電源正極相連的應(yīng)是粗銅,該極發(fā)生的電極反應(yīng)除Cu-2e-Cu2+外,還有比銅活潑的雜質(zhì)金屬失電子的反應(yīng),C項錯誤。鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的負(fù)極反應(yīng)式為Fe-2e-Fe2+,D項錯誤。4.AD　解析:根據(jù)題意兩極均得到副產(chǎn)物NH4NO3,可知Ⅱ室廢水中的N移向Ⅰ室、N移向Ⅲ室,根據(jù)電解過程中離子的移動原理,可知Ⅰ室石墨電極為陰極、Ⅲ室石墨電極為陽極。陰極所連的a極為電源負(fù)極,b極為電源正極,A項正確。N能通過c膜,故c膜應(yīng)為陽離子交換膜,同理可知d膜為陰離子交換膜,B項錯誤。陰極上H+得電子生成氫氣,C項錯誤。電路中通過1 mol電子時,陽極產(chǎn)生的氧氣為5.6 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),D項正確。5.B　解析:由陰離子S的移動方向可知,右邊Cu電極為負(fù)極,發(fā)生反應(yīng)Cu-2e-Cu2+,Cu電極失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng);左邊的電極為正極,發(fā)生反應(yīng)Cu2++2e-Cu,當(dāng)電路中通過1 mol電子,左邊電極增加32 g,右邊電極減少32 g,兩極的質(zhì)量差變?yōu)?/span>64 g。電解質(zhì)再生池是利用太陽能將CuSO4稀溶液蒸發(fā),分離為CuSO4濃溶液和水后,再返回濃差電池。通過上述分析可知循環(huán)物質(zhì)E為水,使稀硫酸銅溶液變?yōu)闈饬蛩徙~溶液,則A、C、D項正確,B項錯誤。6.CD　解析:陽極發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為Fe-6e-+8OH-Fe+4H2O,A項正確。陰極發(fā)生還原反應(yīng),水電離出的氫離子放電生成氫氣,甲溶液為濃的氫氧化鈉溶液,可循環(huán)利用,B項正確。電解池中陽離子向陰極移動,通過離子交換膜a的是Na+,故a為陽離子交換膜,C項錯誤。陰極(Cu電極)上發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為2H2O+2e-H2↑+2OH-,當(dāng)電路中通過2 mol電子時,會有1 mol H2生成,D項錯誤。7.D　解析:依據(jù)放電順序陰極先放電的是Cu2+,故陰極開始析出的是Cu;陽極先放電的是Cl-,故陽極開始產(chǎn)生的是Cl2,A、B項錯誤。電解開始前溶液中n(Cu2+)=0.1 mol,由陰極反應(yīng)Cu2++2e-Cu,當(dāng)電路中通過電子的物質(zhì)的量達(dá)到0.2 mol時,Cu2+消耗完畢,陰極放電離子變?yōu)?/span>H+,C項錯誤。陽極先是Cl-放電,當(dāng)Cl-消耗完畢,此時H2O電離產(chǎn)生的OH-開始在陽極放電,S不參與電極反應(yīng),D項正確。8.B　解析:設(shè)Cu(NO3)2和KCl的物質(zhì)的量各為a mol,在AB段,陽極發(fā)生反應(yīng)2Cl--2e-Cl2↑,陰極發(fā)生反應(yīng)Cu2++2e-Cu,陽極a mol氯離子失a mol電子,陰極上a mol銅離子得a mol電子,由于混合后的溶液呈酸性,銅離子濃度逐漸減小,溶液pH逐漸增大,A項正確。在BC段,陽極發(fā)生反應(yīng)2H2O-4e-4H++O2↑,陰極發(fā)生反應(yīng)Cu2++2e-Cu,陰極上a mol 銅離子再得a mol電子,溶液中氫離子濃度增大,溶液的pH迅速減小,B項錯誤。在CD段,陽極發(fā)生反應(yīng)2H2O-4e-4H++O2↑,陰極發(fā)生反應(yīng)2H++2e-H2↑,實質(zhì)是電解水,溶液中氫離子濃度逐漸增大,pH減小,C項正確。由上述分析可知,陽極先析出Cl2,后析出O2,陰極先產(chǎn)生Cu,后析出H2,D項正確。9.答案:(1)①正　②a　d　③2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-(2)①A　12H++2N+10e-N2↑+6H2O　②45解析:(1)①由電解食鹽水裝置圖可知,鈉離子移向右邊,則左邊A為陽極,所以A極要連接電源的正極。②左邊A為陽極,電極反應(yīng)式為2Cl--2e-Cl2↑,所以精制飽和食鹽水從圖中a位置補充;右邊B為陰極,電極反應(yīng)式為2H2O+2e-H2↑+2OH-,則生成的氫氧化鈉溶液從圖中d位置流出。③電解總反應(yīng)的離子方程式是2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-。(2)①由圖示知在Ag-Pt電極上N發(fā)生還原反應(yīng),因此Ag-Pt電極為陰極,則B為電源負(fù)極,A為電源正極;在陰極反應(yīng)是N得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成N2,裝置中采用質(zhì)子交換膜,應(yīng)只允許H+通過,則H+參與陰極反應(yīng)且有H2O生成,陰極反應(yīng)式為12H++2N+10e-N2↑+6H2O。②陽極反應(yīng)為2H2O-4e-O2↑+4H+,轉(zhuǎn)移5 mol電子時,陽極消耗2.5 mol H2O,產(chǎn)生的5 mol H+進(jìn)入陰極室,陽極室質(zhì)量減小45 g。10.答案:(1)2H++2HS+2e-S2+2H2O2NO+2S2+2H2ON2+4HS　(2)①2H2O+Cl--5e-ClO2↑+4H+　②0.01　在陰極發(fā)生水電離出的H+放電,H+濃度減小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移動,OH-濃度增大,pH增大(3)①Fe-2e-Fe2+;由于電解質(zhì)溶液中有H2CO3,電離出氫離子,2H++2e-H2↑,發(fā)生析氫腐蝕。電解質(zhì)溶液中又溶有氧氣,2H2O+O2+4e-4OH-,發(fā)生吸氧腐蝕　②正極　SO2+2H2O-2e-S+4H+解析:(1)陰極發(fā)生還原反應(yīng),是亞硫酸氫根離子得電子生成S2,電極反應(yīng)式為2HS+2H++2e-S2+2H2O;S2與一氧化氮發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成氮氣和亞硫酸氫根,離子方程式為2NO+2S2+2H2ON2+4HS。(2)①由題意可知,氯離子放電生成ClO2,由原子守恒可知,有水參加反應(yīng),同時生成氫離子,電極反應(yīng)式為2H2O+Cl--5e-ClO2↑+4H+。②在陰極發(fā)生2H2O+2e-H2↑+2OH-,氫氣的物質(zhì)的量為=0.005 mol,通過陽離子交換膜的陽離子為+1價離子,通過陽離子交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為0.005 mol×2=0.01 mol,電解時陰極H+濃度減小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移動,溶液的pH增大。(3)①鋼鐵含有鐵和碳,鐵為負(fù)極,C為正極,電子由負(fù)極流向正極,故電子的移動方向可表示為;鐵軌銹蝕的原因是鐵為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)Fe-2e-Fe2+。由于電解質(zhì)溶液中有H2CO3,電離出氫離子,2H++2e-H2↑,發(fā)生析氫腐蝕。電解質(zhì)溶液中又溶有氧氣,2H2O+O2+4e-4OH-,發(fā)生吸氧腐蝕。②由題意可知原電池目的是用SO2與O2反應(yīng)來制備硫酸,B極生成硫酸,則通入的氣體應(yīng)為SO2,硫元素由+4價升高到+6價,發(fā)生氧化反應(yīng)2H2O+SO2-2e-S+4H+,B極為負(fù)極,A極為正極。11.答案:(1)PbO2　(2)2H2O2H2↑+O2↑　(3)0.1 mol Cu(OH)2　(4)負(fù)　4H++O2+4e-2H2O　(5)解析:甲池是原電池,作電源,發(fā)生的反應(yīng)為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O;乙、丙、丁是電解池,閉合K,發(fā)現(xiàn)g電極附近的溶液變紅,說明g電極是電解池的陰極,h是電解池的陽極,所以a為正極,b為負(fù)極;c電極為陰極,d電極為陽極;e電極為陰極,f電極為陽極。(1)a電極是鉛蓄電池的正極,正極的電極材料是PbO2。(2)丙中電解硫酸鋁溶液,實際上是電解水,電解方程式為2H2O2H2↑+O2↑。(3)c、d兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同,c電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為Cu2++2e-Cu,2H2O+2e-H2↑+2OH-,d電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為2H2O-4e-4H++O2↑,設(shè)生成的氧氣為x mol,則氫氣也為x mol,生成的Cu為0.1 L×1 mol·L-1=0.1 mol,由得失電子守恒可得:2x+0.1×2=4x,解得x=0.1,則電解時生成0.1 mol氫氣、0.1 mol氧氣和0.1 mol Cu,若要使溶液恢復(fù)到原來的狀態(tài),需要加入0.1 mol Cu(OH)2。(4)20 min后將乙裝置與其他裝置斷開,然后在c、d兩極間連上靈敏電流計,發(fā)現(xiàn)電流計指針偏轉(zhuǎn),說明形成了原電池,氫氣在c極失電子,c為負(fù)極,氧氣在d極得電子,d極為正極,正極的電極反應(yīng)式為4H++O2+4e-2H2O。(5)電解后丁裝置中生成氫氧化鈉,乙中電解生成0.1 mol氧氣,轉(zhuǎn)移電子為0.4 mol,則丁中氯化鈉全部被消耗,生成的氫氧化鈉為0.2 mol,其濃度為2 mol·L-1,加醋酸后溶液的pH恰好等于7,則c(H+)=c(OH-),由電荷守恒可知c(Na+)=c(CH3COO-)= mol·L-1,c(CH3COOH)=-c(CH3COO-)= mol·L-1, Ka==1.75×10-5,代入數(shù)值解得。

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