第三讲电解池金属的电化学腐蚀与保护一、选择题1．化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是( )。A．用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑B．氢氧燃料电池的负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe－2e－===Fe2＋解析 电池的负极发生的是氧化反应，B不对；粗铜精炼时，纯铜应该连接电源的负极，C错；钢铁发生电化学腐蚀时，铁为负极，D错。答案 A2．依据下列甲、乙、丙三图，判断下列叙述不正确的是( )A．甲是原电池，乙是电镀装置B．甲、乙装置中，锌极上均发生氧化反应C．乙、丙装置中，阳极均发生氧化反应而溶解D．乙、丙装置中，c(Cu2＋)基本不变解析甲为铜锌原电池，乙为在Zn片上镀铜的电镀池，丙为电解精炼铜。答案B3.铝及铝合金经过阳极氧化，铝表面能生成几十微米厚的氧化铝膜。某研究性学习小组模拟工业法对铝片表面进行氧化处理。分别以铅片、铝片为电极，以硫酸溶液为电解液，按照如图所示装置连接电解池装置，电解40min后取出铝片，用水冲洗，放在水蒸气中封闭处理20～30min，即可得到更加致密的氧化膜。下列有关说法正确的是( )。\nA．电解时电子从电源负极→导线→铝极，铅极→导线→电源正级B．在电解过程中，H＋向阳极移动，SO向阴极移动C．电解过程阳极周围溶液的pH下降D．电解的总反应为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑解析 根据装置示意图分析，铝片为阳极，铅片为阴极，所以电解时电子的流向为从电源负极→导线→铅极，铝极→导线→电源正极，A项错误；电解过程中，阳离子向阴极移动，阴离子则向阳极移动，B项不正确；根据题意，电解的总反应为：2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑，阳极的电极反应为：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，阳极周围的pH下降，C项正确，而D项错误。答案 C4．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下图所示，下列有关说法不正确的是( )。A．高压放电法，反应的原理为3O22O3B．高压放电出来的空气中，除含臭氧外还含有氮的氧化物C．电解时，电极b周围发生的电极反应有3H2O－6e－===O3↑＋6H＋和2H2O－4e－===O2↑＋4H＋D．电解时，H＋由电极a经聚合固体电解质膜流向电极b\n解析 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：3O22O3，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；观察上图电解法制臭氧，可发现有氢气放出，必由水还原生成，发生还原反应，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。答案 D5．如图，a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。下列说法正确的是( )。A．X极是电源负极，Y极是电源正极B．a极的电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑C．电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大D．Pt极上有6.4gCu析出时，b极产生2.24L(标准状况)气体解析 由题意知b极为阴极，a极为阳极，a极发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，Y为负极，X为正极，故A项错误，B项正确，Pt极上的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，溶液的酸性增强，pH减小，Pt极上产生O2，Cu极上有Cu析出，C、D项均错误。答案 B6．电解100mL含c(H＋)＝0.30mol·L－1下列溶液，当电路中通过0.04mol电子时，理论上析出金属质量最大的是( )A．0.10mol·L－1AgNO3溶液B．0.10mol·L－1ZnSO4溶液C．0.20mol·L－1CuCl2溶液D．0.20mol·L－1Pb(NO3)2溶液解析根据金属活动性顺序表可知：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，应优先于H＋放电而析出。因为0.01molAg的质量小于0.02molCu的质量，所以C项正确。答案C7．以酸性氢氧燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示。\nA．燃料电池工作时，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．a极是铁，b极是铜时，b极逐渐溶解，a极上有铜析出C．a、b两极若是石墨，在相同条件下a极产生的气体与电池中消耗的H2体积相等D．a极是粗铜，b极是纯铜时，a极逐渐溶解，b极上有铜析出解析本题结合原电池和电解池综合考查电化学的基本理论。图中左侧为氢氧燃料电池，右侧为电解池，燃料电池为酸性介质，负极反应为2H2－4e－===4H＋，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，A错误；a为阳极，b为阴极，金属铁作阳极，优先失电子，a极逐渐溶解，B错误；a、b两极若是石墨，b极上析出铜，a极上产生O2，C错误；粗铜为阳极，铜及比铜活泼的金属失电子形成离子进入溶液中，铜离子得电子后在b极上析出，D正确。答案D二、非选择题8．某小组同学设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾。(1)X极与电源的________(填“正”或“负”)极相连，氢气从________(选填“A”、“B”、“C”或“D”)口导出。(2)离子交换膜只允许一类离子通过，则M为________(填“阴离子”或“阳离子”，下同)交换膜，N为________交换膜。(3)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池(石墨为电极)，则电池负极的电极反应式为________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)若在标准状况下，制得11.2L氢气，则生成硫酸的质量是________，转移的电子数为________。解析：题图中左边加入含硫酸的水，暗示左边制硫酸，即OH－在阳极发生氧化反应，使左边溶液中H＋增多，为了使溶液呈电中性，硫酸钾溶液中的SO通过M交换膜向左边迁移，即M为阴离子交换膜，由此推知X为阳极，与电源正极相连，B出口产生氧气，A出口流出硫酸；同理，右侧加入含KOH的水，说明右边制备KOH溶液，H＋在Y极发生还原反应，说明Y极为阴极，与电源负极相连，右边溶液中OH－增多，硫酸钾溶液中K＋\n向右迁移，N为阳离子交换膜。所以，C出口产生氢气，D出口流出KOH溶液。(3)若将制得的氢气和氧气在氢氧化钾溶液中构成原电池，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，负极反应式为2H2－4e－＋4OH－===4H2O。(4)n(H2)＝0.5mol,2H＋＋2e－===H2↑，得电子为1mol，X极的反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，根据电子守恒知，生成H＋的物质的量为1mol，故生成0.5molH2SO4，m(H2SO4)＝49g。答案：(1)正 C (2)阴离子 阳离子 (3)H2－2e－＋2OH－===2H2O (4)49g 6.02×10239．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。(1)以下为铝材表面处理的一种方法：①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是_________________________________________________________________(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的________。a．NH3b．CO2c．NaOHd．HNO3②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为________。取少量废电解液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是_____________________________________________________________________________________________________________。(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是_______________________________________________________________。(3)利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为______________。解析 (1)①题中指出在碱洗时有气泡产生，则只有金属铝与碱反应才符合条件，故碱洗过程中发生反应的离子方程式为Al2O3＋2OH－＋H2O===2AlO、2Al＋2OH－＋4H2O===2AlO＋3H2↑。碱洗后溶液中含有大量AlO，故最好通入CO2气体使AlO转化为Al(OH)3沉淀以回收铝。②活泼金属作阳极，阳极材料本身失电子被氧化，其氧化产物为Al2O3，由此可得阳极反应式为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋。加入NaHCO3溶液后，Al3＋与HCO发生相互促进的水解反应，离子方程式可表示为Al3＋\n＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑。(2)电镀时若用石墨作阳极，则电解过程中电解液中Cu2＋浓度不断减小，导致铁表面不能镀上均匀的铜。(3)若X为碳棒，则只能用外加电源的阴极保护法，此时开关K应置于N处。若X为Zn，K置于M处，其保护原理为牺牲阳极的阴极保护法。答案 (1)①2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ b ②2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋ HCO与Al3＋发生水解相互促进反应，产生Al(OH)3沉淀 (2)补充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋浓度恒定 (3)N 牺牲阳极的阴极保护法10．如图为相互串联的甲、乙两个电解池，X、Y为直流电源的两个电极。电解过程中，发现石墨电极附近先变红。请回答：(1)电源X极为______极(填“正”或“负”)，乙池中Pt电极上的电极反应式为______。(2)甲池若为电解精炼铜的装置，其阴极增重12.8g，则乙池中阴极上放出的气体在标准状况下的体积为______，电路中通过的电子为______mol。(3)若乙池剩余溶液的体积仍为400mL，则电解后所得溶液c(OH－)＝____________。解析(1)由题意得X极为正极，Pt电极为电解池的阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。(2)甲池的阴极电极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu。乙池的阴极电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑由电子守恒得：Cu ～ 2e－ ～ H264g 2mol 22.4L12．8g n(e－) V(H2)则：n(e－)＝0.4mol，V(H2)＝4.48L(3)乙池发生反应：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑ 2 22.4L n(OH)－ 4.48Ln(OH－)＝0.4mol电解后所得溶液c(OH－)＝1mol·L－1\n答案(1)正 2Cl－－2e－===Cl2↑(2)4.48L 0.4 (3)1mol·L－111．如下图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。请回答：(1)B极是电源的________，一段时间后，甲中溶液颜色________，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明____________________，在电场作用下向Y极移动。(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为______________。(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应该是________(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是________溶液。当乙中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500mL)，丙中镀件上析出银的质量为________，甲中溶液的pH________(填“变大”、“变小”或“不变”)。(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生总反应的离子方程式是______________________________________________________________________________________________________________________________。解析 (1)F极附近呈红色，说明F是阴极，E是阳极，则A为正极，B为负极。甲中因Cu2＋放电使溶液颜色变浅。丁中Y极附近颜色变深，说明Fe(OH)3胶粒向阴极移动，即Fe(OH)3胶粒带正电荷。(2)C、D、E、F的电极产物分别为O2、Cu、Cl2、H2，由于电路中通过的电量相等，所以其物质的量之比为1∶2∶2∶2。(3)乙中溶液pH＝13，生成n(NaOH)＝0.1mol·L－1×0.5L＝0.05mol，电路中通过的电子的物质的量为0.05mol，所以丙中镀件上析出银的质量为0.05mol×108g·mol－1＝5.4g。(4)当活性金属作阳极时，金属先于溶液中的阴离子放电而溶解，故甲中发生反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋Fe2＋＋Cu。答案 (1)负极 逐渐变浅 氢氧化铁胶体粒子带正电荷\n(2)1∶2∶2∶2(3)镀件 AgNO3 5.4g 变小(4)Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋
