第三讲电解池 金属的电化学腐蚀与保护(时间：45分钟 满分：100分)考 点题 号电解原理分析及计算4、5、6、7、8金属的腐蚀与防护2、9电解原理的综合应用1、3、10、11一、选择题(本题共7个小题，每题6分，共42分，每个小题只有一个选项符合题意)1．(2022·广元联考)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．(2022·北京，6)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是( )。A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀C．钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋解析 在外加电流保护时，被保护的金属要与电源的负极相连，A项错。铁与铜接触易构成原电池，铁作负极，铁更易被腐蚀，C项错。铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－2e－===Fe2＋。答案 B8\n3.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( )。A．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．(2022·天津模拟)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＋8\nD．电解时，H＋由电极a经聚合固体电解质膜流向电极b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．(2022·大连调研)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．(2022·长沙调研)如图所示甲、乙两个装置，所盛溶液体积和浓度均相同且足量，当两装置电路中通过的电子都是1mol时，下列说法不正确的是( )。A．溶液的质量变化：甲减小乙增大B．溶液pH变化：甲减小乙增大C．相同条件下产生气体的体积：V甲＝V乙D．电极反应式：甲中阴极为Cu2＋＋2e－===Cu，乙中负极为Mg－2e－===Mg2＋解析 甲中总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，乙中总反应为Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑，故甲溶液质量减小，乙溶液质量增大，A对；甲中生成H2SO48\n，pH减小，乙中消耗盐酸，pH增大，B对；当两装置电路中通过的电子都是1mol时，甲中产生0.25molO2，乙中产生0.5molH2，故相同条件下，甲乙中产生气体的体积比为1∶2，C错；甲中阴极为Cu2＋放电，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，乙中负极为Mg放电，电极反应为Mg－2e－===Mg2＋，D对。答案 C7．(2022·成都二模)500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是( )。A．原混合溶液中c(K＋)为0.2mol·L－1B．上述电解过程中共转移0.2mol电子C．电解得到的Cu的物质的量为0.05molD．电解后溶液中c(H＋)为0.2mol·L－1解析 石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑。阳极收集到O2为2.24L这个事实可推知上述电解过程中共转移0.4mol电子，阴极生成2.24LH2的过程中转移0.2mol电子，所以Cu2＋共得到0.4mol－0.2mol＝0.2mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4mol·L－1。答案 A二、非选择题(本题共4个小题，共58分)8.(14分)(2022·绵阳模拟)电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，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。请回答以下问题：(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液，则①电解池中X电极上的电极反应式为________，在X电极附近观察到的现象是__________________________________________。②Y电极上的电极反应式为______________，检验该电极反应产物的方法是_______________________________________________________________________________________________________________________。(2)如用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则8\n①X电极的材料是________，电极反应式为________________________________________________________________。②Y电极的材料是________，电极反应式为________(说明：杂质发生的电极反应不必写出)。答案 (1)①2H＋＋2e－===H2↑ 放出气体，溶液变红②2Cl－－2e－===Cl2↑ 把湿润的淀粉－碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色(2)①纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②粗铜 Cu－2e－===Cu2＋9．(15分)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＋＋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＋8\n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．(14分)(2022·山西六校联考)硒是制光电池的一种原料，人体缺少硒就会得“克山病”，从电解精炼铜的阳极泥中提取硒的流程如下：请回答下列问题：(1)实验室中电解精炼铜的简易装置如图所示，请在图中标出电极材料和电解液的名称。(2)阳极泥中硒以Se、Ag2Se、Cu2Se等形式存在，Se与浓硫酸反应的化学方程式为________________________________________________________。(3)SeO2溶于水得H2SeO3(Ka1＝3.5×10－3，Ka2＝5.0×10－8)，亚硒酸溶液与SO2反应制硒的离子方程式为__________________________________________________________________________________________________________。电解亚硒酸溶液可制得强酸H2SeO4，则电解时的阳极反应式为_______________________________________________________________。(4)上述硒的提取过程中存在的主要问题是____________________________________________________________________________________________________________________________。解析 (1)电解精炼铜时粗铜作阳极，精铜作阴极，CuSO4溶液作电解液。(2)根据流程图可知硒的氧化产物为SeO2，浓硫酸的还原产物为SO28\n，由此可得出化学方程式。(3)根据题中提示H2SeO3是弱酸，在离子方程式中应写化学式。电解亚硒酸溶液时，阳极发生氧化反应生成硒酸。答案 (1)左侧：粗铜 右侧：精铜 电解液：硫酸铜溶液(2)Se＋2H2SO4(浓)SeO2↑＋2SO2↑＋2H2O(3)H2SeO3＋2SO2＋H2O===Se＋2SO＋4H＋H2SeO3－2e－＋H2O===SeO＋4H＋(4)浓硫酸的腐蚀性强 焙烧过程中产生大量有毒气体SO2，污染环境(其他合理答案亦可)11．(15分)(2022·资阳模拟)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、H28\n，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(2)1∶2∶2∶2(3)镀件 AgNO3 5.4g 变小(4)Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋ 8
