2021届新高考选考化学一轮复习苏教版电解池金属的腐蚀与防护学案

2021届新高考选考化学一轮复习苏教版电解池金属的腐蚀与防护学案

第三单元 电解池 金属的腐蚀与防护 [考点分布] 知识内容 考试 要求 2016 年 2017 年 2018 年 2019 年 2020 年 4月 1 0 月 4 月 11 月 4月 11 月 4 月 1 月 (1)电解池的概念 b (2)电解 CuCl2 溶液的 原理及电极反应式 b (3)电解池的构成条件 b (4)原电池、电解池的 判断 c (5)电解池的构造与工 作原理 b T18 (6)电解池的电极反应 式与电解反应方程式 b T 3 0( 3) T 3 0( 二 ) T30 (一 ) T30( 二) T30(4) (7)金属冶炼、氯碱工 业、电镀在生产生活中 的应用 b T8 T9、T12、T18 (8)金属腐蚀的危害 a (9)金属发生电化学腐 蚀的基本原理 c T 1 7 (10)金属的防护 b 电解池的构造及其工作原理 1．电解定义 在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 2．能量转化形式 电能转化为化学能。 3．电解池 (1)构成条件 ①有与电源相连的两个电极。 ②电解质溶液(或熔融盐)。 ③形成闭合回路。 (2)电极名称及电极反应式 (3)电子和离子的移动方向 电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成 电流，即电子本身不会通过电解质溶液。 4．分析电解过程的思维程序 (1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。 (2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的 H＋和 OH－)。 (3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。 阴极：阳离子放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋ >Ca2＋>K＋。 阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。 ①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质) 中的阳离子放电。 ②最常用、最重要的放电顺序是阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。 ③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到 K、 Ca、Na、Mg、Al 等金属。 (4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。 (5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。 5．正确书写电极反应式，要做到“三看” (1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt 除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe 生成 Fe2＋)。 (2)二看介质，介质是否参与电极反应。 (3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。 6．规避“三个”失分点 (1)书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式 时，弱电解质要写成分子式。 (2)要确保两极电子转移数目相同，且写总电解反应方程式时应注明条件“通电”。 (3)电解水溶液时，应注意放电顺序中 H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。 题组一电解原理和电解规律的考查 1．(2020·嘉兴一中高二期中)用石墨电极电解 CuCl2 溶液(见下图)。下列分析正确的是 ( ) A．a 端是直流电源的负极 B．通电使 CuCl2 发生电离 C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===Cu D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体 解析：选 A。A 项，由溶液中离子移动方向可知，U 形管左侧电极是阴极，连接电源的 负极，a 端是电源的负极，故 A 正确；B 项，通电使 CuCl2 发生电解，不是电离，故 B 错误； C 项，Cl－在阳极放电：2Cl－－2e－===Cl2↑，故 C 错误；D 项，Cl－发生氧化反应，在阳极 放电生成 Cl2，故 D 错误。 2．如图为直流电源电解稀 Na2SO4 水溶液的装置。通电后在石墨电极 a 和 b 附近分别滴 加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是( ) A．逸出气体的体积，a 电极的小于 b 电极的 B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体 C．a 电极附近呈红色，b 电极附近呈蓝色 D．a 电极附近呈蓝色，b 电极附近呈红色 解析：选 D。SO2－ 4 、OH－移向 b 极，在 b 极 OH－放电，产生 O2，b 极附近 c(H＋)>c(OH －)，石蕊溶液变红；Na＋、H＋移向 a 极，在 a 极 H＋放电产生 H2，a 极附近 c(OH－)>c(H＋)， 石蕊溶液变蓝。所以产生的气体体积 a 电极的大于 b 电极的；两种气体均为无色无味的气体。 A、B、C 均错。 题组二突破电极反应式、电解方程式的书写 3．按要求书写电极反应式和总方程式。 (1)用惰性电极电解 AgNO3 溶液 阳极反应式：___________________________________________________________； 阴极反应式：_________________________________________________________； 总反应离子方程式：________________________________________________________。 (2)用铁作电极电解 NaCl 溶液 阳极反应式：________________________________________________________； 阴极反应式：_________________________________________________________； 总反应化学方程式：_____________________________________________________。 (3)用铁作电极电解 NaOH 溶液 阳极反应式：____________________________________________________； 阴极反应式：_____________________________________________________； 总反应化学方程式：____________________________________________________。 (4)以铝材为阳极，电解 H2SO4 溶液，铝材表面形成氧化膜 阳极反应式：____________________________________________________________； 阴极反应式：________________________________________________________； 总反应化学方程式：____________________________________________________。 答案：(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 4Ag＋＋4e－===4Ag 4Ag＋＋2H2O===== 通电 4Ag＋O2 ↑＋4H＋ (2)Fe－2e－===Fe2＋ 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ Fe＋2H2O===== 通电 Fe(OH)2＋H2↑ (3)Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ Fe＋2H2O===== 通电 Fe(OH)2 ＋H2↑ (4)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋ 6H＋＋6e－===3H2↑ 2Al＋3H2O===== 通电 Al2O3＋3H2 ↑ 电解原理的应用 1．电解饱和食盐水 (1)电极反应 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)； 阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)。 (2)总反应方程式 化学方程式：2NaCl＋2H2O===== 通电 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑； 离子方程式：2Cl－＋2H2O===== 通电 2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 (3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。 2．电镀 右图为金属表面镀银的工作示意图。 (1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。 (2)电解质溶液是 AgNO3 溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。 (3)电极反应 阳极：Ag－e－===Ag＋； 阴极：Ag＋＋e－===Ag。 (4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。 3．电解精炼铜 (1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。 (2)电解质溶液：含 Cu2＋的盐溶液。 (3)电极反应 阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋； 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。 4．电冶金 利用电解熔融盐或熔融金属氧化物的方法来冶炼活泼金属 Na、Ca、Mg、Al 等。 (1)冶炼钠：总反应为 2NaCl===== 通电 2Na＋Cl2↑； 阳极为 2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极为 2Na＋＋2e－===2Na。 (2)冶炼铝：总反应为 2Al2O3===== 通电 4Al＋3O2↑； 阳极为 6O2－－12e－===3O2↑； 阴极为 4Al3＋＋12e－===4Al。 题组一电解原理的基本应用 1．(2020·浙江 1 月选考,T18)在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下， 下列说法不正确的是( ) A．电极 A 为阳极，发生氧化反应生成氯气 B．离子交换膜为阳离子交换膜 C．饱和 NaCl 溶液从 a 处进，NaOH 溶液从 d 处出 D．OH－迁移的数量等于导线上通过电子的数量 答案：D 2．[2018·浙江 11 月选考，T30(二)]高铁酸钾(K2FeO4)可用 作水处理剂。某同学通过“化学—电解法”探究 K2FeO4的合成， 其原理如图所示。接通电源，调节电压，将一定量 Cl2 通入 KOH 溶液，然后滴入含 Fe3＋的溶液，控制温度，可制得 K2FeO4。 (1)请写出“化学法”得到 FeO 2－ 4 的离子方程式：_________________________ ________________________________________________________________________。 (2)请写出阳极的电极反应式(含 FeO2－ 4 )：_______________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)依据氧化还原原理，氯气与氢氧化钾反应生成次氯酸根离子，可以氧化三价 铁离子生成高铁酸根：2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO2－ 4 ＋3Cl－＋5H2O 或 2Fe(OH)3＋3ClO－ ＋4OH－===2FeO2－ 4 ＋3Cl－＋5H2O。 (2)根据电解法制备，三价铁离子失去电子生成高铁酸根，电极反应式为 Fe3＋－3e－＋8OH －===FeO2－ 4 ＋4H2O 或 Fe(OH)3－3e－＋5OH－===FeO2－ 4 ＋4H2O。 答案：(1)2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO2－ 4 ＋3Cl－＋5H2O[或 2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－ ===2FeO2－ 4 ＋3Cl－＋5H2O] (2)Fe3＋＋8OH－－3e－===FeO2－ 4 ＋4H2O[或 Fe(OH)3＋5OH－－3e－===FeO2－ 4 ＋4H2O] 题组二电解原理在“环境治理”中的应用 3．工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质 Ni 的原理如图所示。 已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解； ②氧化性 Ni2＋(高浓度)＞H＋＞Ni2＋(低浓度)。 下列说法不正确的是( ) A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B．电解过程中，B 中 NaCl 溶液的物质的量浓度将不断减小 C．为了提高 Ni 的产率，电解过程中需要控制废水 pH D．若将图中阳离子膜去掉，将 A、B 两室合并，则电解反应总方程式发生改变 解析：选 B。A 项，电极反应式为阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极：Ni2＋＋2e －===Ni、2H＋＋2e－===H2↑，正确；B 项，由于 C 中 Ni2＋、H＋不断减少，Cl－通过阴离子膜 从 C 移向 B，A 中 OH－不断减少，Na＋通过阳离子膜从 A 移向 B，所以 B 中 NaCl 溶液的物 质的量浓度不断增大，错误；C 项，由于 H＋的氧化性大于 Ni2＋(低浓度)的氧化性，所以为 了提高 Ni 的产率，电解过程需要控制废水的 pH，正确；D 项，若去掉阳离子膜，在阳极 Cl－放电生成 Cl2，反应总方程式发生改变，正确。 4．用 NaOH 溶液吸收烟气中的 SO2，将所得的 Na2SO3 溶液进行电解，可循环再生 NaOH， 同时得到 H2SO4，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。 (1)图中 a 极要连接电源的________(填“正”或“负”)极，C 口流出的物质是________。 (2)SO 2－ 3 放电的电极反应式为______________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因：_______________ ________________________________________________________________________。 解析：根据 Na＋、SO 2－ 3 的移向判断阴、阳极。Na＋移向阴极区，a 应接电源负极，b 应 接电源正极，其电极反应式分别为 阳极：SO2－ 3 －2e－＋H2O===SO2－ 4 ＋2H＋ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 所以从 C 口流出的是浓 H2SO4，在阴极区，由于 H＋放电，破坏水的电离平衡，c(H＋) 减小，c(OH－)增大，生成 NaOH，碱性增强，从 B 口流出的是浓度较大的 NaOH 溶液。 答案：(1)负 浓硫酸 (2)SO2－ 3 －2e－＋H2O===SO2－ 4 ＋2H＋ (3)H2O H＋＋OH－，在阴极 H＋放电生成 H2，c(H＋)减小，水的电离平衡正向移动， 碱性增强 题组三电解原理在“物质制备”中的应用 5．[2019·浙江 4 月选考，T30(4)]以铂阳极和石墨阴极设计电解池，通过电解 NH4HSO4 溶液产生(NH4)2S2O8，再与水反应得到 H2O2，其中生成的 NH4HSO4 可以循环使用。 (1)阳极的电极反应式是____________________________________________________。 (2)制备 H2O2 的总反应方程式是______________________________________________。 解析：HSO － 4 生成 S2O 2－ 8 的过程中，部分氧元素的化合价从－2 价升高到－1 价，所以 该反应在阳极发生，根据溶液组成可知，阴极是溶液中的氢离子得电子生成氢气，再结合题 目信息，(NH4)2S2O8 与水反应得到 H2O2 和 NH4HSO4，据此可写出电极反应式和总反应式。 答案：(1)2HSO－ 4 －2e－===S2O2－ 8 ＋2H＋(或 2SO2－ 4 －2e－===S2O2－ 8 ) (2)2H2O===== 通电 H2O2＋ H2↑ 6．[2018·浙江 4 月选考，T30(一)]以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]水溶液为原料，通过电解 法可以制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]，装置如图所示。 (1)收集到(CH3)4NOH 的区域是________(填 a、b、c 或 d)。 (2)写出电池总反应：_______________________________________________________。 答案：(1)d (2)2(CH3)4NCl＋2H2O===== 通电 2(CH3)4NOH＋H2↑＋Cl2↑ 7．[2017·浙江 11 月选考，T30(二)]科学家发现，以 H2O 和 N2 为原料，熔融 NaOHKOH 为电解质，纳米 Fe2O3 作催化剂，在 250 ℃和常压下可实现电化学合成氨。阴极区发生的变 化可视为按两步进行，请补充完整。 电极反应式：____________________________________和 2Fe＋3H2O＋N2===2NH3＋ Fe2O3。 答案：Fe2O3＋3H2O＋6e－===2Fe＋6OH－ 金属腐蚀的危害、基本原理及防护 1．金属腐蚀的危害 金属腐蚀给合金材料造成的直接损失巨大。腐蚀的巨大危害不仅体现在经济损失上，它 还会带来惨重的人员伤亡、环境污染、资源浪费、阻碍新技术的发展、加速自然资源的损耗。 2．金属发生电化学腐蚀的基本原理 (1)金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。 (2)金属腐蚀的类型 ①化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟其他物质直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接 触 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 ②析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析： 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 电 极 反 应 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－ ===H2↑ O2＋2H2O＋4e－ ===4OH－ 总反应式 Fe＋2H＋=== Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O ===2Fe(OH)2 联系 吸氧腐蚀更普遍 3.金属的防护 (1)电化学防护 ①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理 a．负极：比被保护金属活泼的金属； b．正极：被保护的金属。 ②外加电流的阴极保护法——电解原理 a．阴极：被保护的金属； b．阳极：惰性金属或石墨。 (2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。 (3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。 题组一腐蚀快慢与防护方法的比较 1．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为( ) A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥ 解析：选 C。①是 Fe 为负极，杂质碳为正极的原电池腐蚀，是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较 慢。②③④均为原电池，③中 Fe 为正极，被保护；②④中 Fe 为负极，均被腐蚀，但 Fe 和 Cu 的金属活动性差别大于 Fe 和 Sn 的，故 FeCu 原电池中 Fe 被腐蚀的较快。⑤是 Fe 接电 源正极作阳极，Cu 接电源负极作阴极的电解池，加快了 Fe 的腐蚀，且腐蚀速率比④快。⑥ 是 Fe 接电源负极作阴极，Cu 接电源正极作阳极的电解池，防止了 Fe 的腐蚀，且防腐效果 比③中好。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。 2．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是( ) A．图 1 中，铁钉易被腐蚀 B．图 2 中，滴加少量 K3[Fe(CN)6]溶液，没有蓝色沉淀出现 C．图 3 中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀 D．图 4 中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极 解析：选 C。A 项，图 1 中，铁钉处于干燥环境，不易被腐蚀；B 项，负极反应为 Fe －2e－===Fe2＋，Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成 Fe3[Fe(CN)6]2 蓝色沉淀；D 项，为牺牲阳极的阴 极保护法，镁块相当于原电池的负极。 题组二正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀 3．如图所示的钢铁腐蚀中，下列说法正确的是( ) A．碳表面发生氧化反应 B．钢铁被腐蚀的最终产物为 FeO C．生活中钢铁制品的腐蚀以图 1 所示为主 D．图 2 中，正极反应式为 O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 解析：选 D。A 项，碳作正极，应发生还原反应；B 项，钢铁被腐蚀的最终产物为 Fe2O3·xH2O；C 项，生活中钢铁制品以发生吸氧腐蚀(图 2)为主。 4．(2016·浙江 10 月选考，T17)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看 到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2， Fe(OH)2 进一步被氧气氧化为 Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。 下列说法正确的是( ) A．铁片发生还原反应而被腐蚀 B．铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域 C．铁片腐蚀中负极发生的电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ D．铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀 解析：选 D。A.铁片发生氧化反应而被腐蚀，错误；C.负极发生氧化反应，错误。 课后达标检测 一、选择题 1．关于电解 NaCl 水溶液，下列叙述正确的是( ) A．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色 B．若在阳极附近的溶液中滴入 KI 溶液，溶液呈棕色 C．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠 D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 解析：选 B。电解食盐水时发生的反应： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑， 阴极：2H＋＋2e－===H2↑， 总反应：2NaCl＋2H2O===== 通电 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 对照选项分析，A 错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的 Cl2，滴加 KI 溶液后发生反应： Cl2＋2I－===I2＋2Cl－，溶液呈棕色，B 正确；阴极上是 H2O 电离产生的 H＋放电产生 H2，不 是 Na＋放电生成钠，C 错误；电解后生成 NaOH 溶液呈碱性，D 错误。 2．(2020·杭州二中选考模拟)能够使反应 Cu＋2H2O===Cu(OH)2＋H2↑发生的是( ) A．用铜片作阴、阳极，电解氯化铜溶液 B．用铜片作阴、阳极，电解硫酸钾溶液 C．铜锌合金在潮湿空气中发生电化学腐蚀 D．铜片和碳棒用导线相连后同时插入一烧杯内的氯化钠溶液中 解析：选 B。金属铜和水之间发生的反应是非自发的氧化还原反应，应设计成电解池， 在反应 Cu＋2H2O===Cu(OH)2＋H2↑中，失电子的是金属铜，所以必须选择金属铜作阳极材 料，其他导电的物质做阴极材料即可，在阴极上应该是水中的氢离子得电子的反应，可以选 择硫酸钠等来做电解质。A.用铜片作阴、阳电极，电解氯化铜溶液，阳极失电子生成铜离子， 阴极铜离子得到电子析出铜，故 A 错误；B.用铜片作阴、阳电极，电解硫酸钾溶液，可以 实现该反应，故 B 正确；C.铜锌合金在潮湿的空气中发生电化学腐蚀时，金属锌被腐蚀， 铜被保护，故 C 错误；D.原电池原理不能实现该非自发的氧化还原反应，故 D 错误。 3.用粗硅做原料，熔融盐电解法制取硅烷的原理如图。下列叙述正确 的是( ) A．电源的 B 极为负极 B．可选用石英代替粗硅 C．电解时，熔融盐中 Li＋向粗硅移动 D．阳极反应：Si＋4H－－4e－===SiH4↑ 解析：选 D。根据装置图可知，该装置为电解池，总反应为 Si＋2H2===== 通电 SiH4。H2 生 成 H－，发生还原反应，Si 发生氧化反应。根据电解池原理，阴极发生还原反应，阳极发生 氧化反应，故通入 H2 的那一极是阴极，故 A 极是负极，B 极是正极，A 项错误；阳极粗硅 失电子，若换成石英，即 SiO2，SiO2 中 Si 已经是＋4 价，无法再失电子，B 项错误；电解 时，熔融盐中 Li＋向阴极移动，C 项错误；阳极粗硅生成 SiH4，故电极反应为 Si＋4H－－4e －===SiH4↑，D 项正确。 4．(2020·温州选考科目模拟)利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产 上的应用。下列说法正确的是( ) A．氯碱工业中，X 电极上反应式是 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ B．电解精炼铜时，Z 溶液中的 Cu2＋浓度不变 C．在铁片上镀铜时，Y 是纯铜 D．制取金属镁时，Z 是熔融的氯化镁 解析：选 D。氯碱工业中阳极是 Cl－放电生成 Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极 Cu2＋放电析出 Cu，由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，溶液中 Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜 时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。 5．(2020·杭州七中选考模拟)电解法精炼含有 Fe、Zn、Ag 等杂质的粗铜。下列叙述正 确的是( ) A．电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极 B．粗铜与电源负极相连，发生氧化反应 C．阴极上发生的反应是 Cu2＋＋2e－===Cu D．电解后 Fe、Zn、Ag 等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥 答案：C 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：选 B。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＋，D 项错。 7．关于下列装置的说法正确的是( ) A．装置①中盐桥内的 K＋移向 CuSO4 溶液 B．装置①将电能转变为化学能 C．若装置②用于铁棒镀铜，则 N 极为铁棒 D．若装置②用于电解精炼铜，溶液中的 Cu2＋浓度保持不变 解析：选 A。A.Zn 比铜活泼为负极，Cu 为正极，K＋移向 CuSO4 溶液，故 A 正确；B. 原电池是将化学能转化为电能，故 B 错误；C.若装置②用于铁棒镀铜，则 N 极为铜棒，故 C 错误；D.电解精炼铜时溶液中的 Cu2＋浓度减小，故 D 错误。 8．(2020·金华东阳二中选考模拟)如图所示装置，均盛有等体积等浓度的稀硫酸，工作 相同的时间后测得均通过 n mol e－。下列叙述错误的是(不考虑溶液体积的变化)( ) A．铁棒的腐蚀程度：甲＜乙 B．碳电极上发生反应的电极反应式相同 C．溶液的 pH：甲减小，乙增大 D．甲、乙产生气体的体积(相同条件)比为 3∶2 解析：选 B。A.甲中 Fe 作阴极，被保护，乙中铁作负极被腐蚀，所以铁棒的腐蚀程度： 甲＜乙，故 A 正确；B.甲中石墨电极上氢氧根离子放电生成氧气，乙中石墨电极上氢离子 放电生成氢气，所以二者电极反应式不同，故 B 错误；C.甲中电池反应式为 2H2O===== 电解 2H2 ↑＋O2↑，乙中电池反应式为 Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋，甲中硫酸浓度增大、乙中硫酸浓度 减小，所以溶液的 pH：甲减小，乙增大，故 C 正确；D.假设都转移 4 mol 电子，甲中生成 气体的物质的量为 3 mol、乙中生成气体的物质的量为 2 mol，所以相同条件下气体的体积 之比为 3∶2，故 D 正确。 9．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 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 将降低，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。 10．图中 X 为电源，Y 为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸，滤纸中 央滴有一滴 KMnO4 溶液，通电后 Y 中央的紫红色斑向 d 端扩散。下列判 断正确的是( ) A．滤纸上 c 点附近会变红色 B．Cu 电极质量减小，Pt 电极质量增大 C．Z 中溶液的 pH 先减小，后增大 D．溶液中的 SO 2－ 4 向 Cu 电极定向移动 解析：选 A。紫红色斑即 MnO － 4 向 d 端扩散，根据阴离子向阳极移动的原理，可知 d 端为阳极，即 b 为正极，a 为负极。c 端为阴极，NaCl 溶液中 H＋放电，产生 OH－，c 点附 近会变红色，A 正确。电解硫酸铜溶液时，Pt 为阳极，溶液中的 OH－放电：4OH－－4e－===O2 ↑＋2H2O，Cu 为阴极，溶液中的 Cu2＋得电子，生成铜，总反应式为 2CuSO4＋2H2O===== 通电 2Cu ＋O2↑＋2H2SO4，Pt 电极附近生成 H＋，则 SO 2－ 4 向 Pt 电极移动，B、D 不正确。随着电解 的进行，Z 中溶液变为硫酸溶液，再电解则为电解水，硫酸浓度不断增大，pH 不断减小，C 不正确。 11.如图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和 NaCl 溶液的 U 形管中，下 列分析正确的是( ) A．K1 闭合，铁棒上发生的反应为 2H＋＋2e－===H2↑ B．K1 闭合，石墨棒周围溶液 pH 逐渐升高 C．K2 闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法 D．K2 闭合，电路中通过 0.002NA 个电子时，两极共产生 0.001 mol 气体 解析：选 B。K1 闭合构成原电池，铁棒是负极，铁失去电子，铁棒上发生的反应为 Fe －2e－===Fe2＋，石墨棒是正极，溶液中的氧气得到电子转化为 OH－，石墨棒周围溶液 pH 逐 渐升高，A 不正确，B 正确；K2 闭合构成电解池，铁棒与电源的负极相连作阴极，不会被 腐蚀，属于外加电流的阴极保护法，溶液中的氢离子放电生成氢气，石墨棒是阳极，溶液中 的氯离子放电生成氯气，电路中通过 0.002NA 个电子时，两极均产生 0.001 mol 气体，共计 是 0.002 mol 气体，C、D 不正确。 12．在固态金属氧化物电解池中，高温共电解 H2OCO2 混合气体制备 H2 和 CO 是一种 新的能源利用方式，基本原理如下图所示。下列说法不正确的是( ) A．X 是电源的负极 B．阴极的电极反应式是 H2O＋2e－===H2＋O2－、 CO2＋2e－===CO＋O2－ C．总反应可表示为 H2O＋CO2===== 通电 H2＋CO＋O2 D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是 1∶1 解析：选 D。A 项，根据图示，X 极产物为 H2 和 CO，是 H2O 与 CO2 的还原产物，可 判断在 X 极上发生还原反应，由此判断 X 极为电源的负极，A 项正确；B 项，根据题意， 电解质为固体金属氧化物，可以传导 O2－，故在阴极上发生的反应为 H2O＋2e－===H2＋O2－、 CO2＋2e－===CO＋O2－，B 项正确；C 项，根据电极产物及 B 项发生的电极反应可知，该反 应的总反应方程式为 H2O＋CO2===== 通电 H2＋CO＋O2，C 项正确；D 项，根据 C 项的电解总反 应方程式可知，阴、阳两极生成的气体的物质的量之比为 2∶1，D 项错误。 二、非选择题 13．现有下列四种装置：①盛 200 mL 0.005 mol·L－1 硫酸铜溶液；②盛 200 mL 0.01 mol·L －1 硫酸；③盛 200 mL 氯化锌溶液；④盛 200 mL 氯化钾溶液。 试回答下列问题： (1)上述四种装置中，为电解池的是________(用编号回答)，装置①中两电极的电极反应 式 分 别 是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________( 注 明电极名称)。 (2)用离子方程式回答：通电时装置④中的总反应是____________________________， 溶液中可能发生的副反应是__________________________________________________。 (3)工作一段时间后，测得导线上均通过 0.002 mol 电子，则上述四种装置中溶液 pH 最 小的是________(用编号回答，溶液体积变化忽略不计)。 (4)若将装置④中的外加电源拆去，用导线将两个电极连接，则 Fe 极上发生的反应是 ________________________________________________________________________， C 极 上 发 生 的 反 应 是 __________________________________________________________。 解析：(1)电解池的标志是有外加电源，①③④中都有外加电源，①③④是电解池。 (2)装置④中是惰性电极电解氯化钾溶液，生成氢气、氯气、KOH，其中 Cl2 与 KOH 会 发生氧化还原反应。 (3)工作一段时间后，①②③中溶液呈现酸性，④中溶液呈碱性，通过 0.002 mol 电子时， ①中生成 H＋为 0.002 mol，H＋浓度为 0.01 mol·L－1；②中消耗 H＋为 0.002 mol，剩余 H＋为 0.01 mol·L－1×2×200×10－3L－0.002 mol＝0.002 mol，同时溶液中的硫酸锌也会水解生成 H ＋；③中为氯化锌溶液，其酸性是由 Zn2＋水解所得，酸性较弱，所以②中溶液酸性最强，pH 最小。 (4)若将装置④中的外加电源拆去，用导线将两个电极连接，因为氯化钾溶液是中性溶 液，所以装置④就成了电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。 答案：(1)①③④ 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O (2)2Cl－＋2H2O===== 通电 H2↑＋Cl2↑＋2OH－ Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O (3)② (4)2Fe－4e－===2Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 14．(2020·平湖中学选考模拟)Ⅰ.(1)事实证明，原电池中发生的反应通常是放热反应。 利用下列化学反应可以设计成原电池的是________。 A．C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＞0 B．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＜0 C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＜0 (2)以 KOH 溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其负极反应式为 ________________________________________________________________________。 Ⅱ.如图为相互串联的甲、乙两个电解池，甲池为用电解原理精炼铜的装置，请回答： (3)A 极材料是____________，电极反应为_________________________________ ____________________。 (4)若甲池阴极增重 6.4 g，则乙池阳极放出气体在标准状况下的体积为____________L。 解析：Ⅰ.(1)A.C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＞0，为氧化还原反应，但为吸热反 应，不能设计成原电池，故 A 错误；B.NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＜0， 不属于氧化还原反应，不能设计成原电池，故 B 错误；C.2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＜0， 为氧化还原反应，且为放热反应，能设计成原电池，故 C 正确。 (2)以 KOH 溶液为电解质溶液，氢氧燃料碱性电池中，负极上氢气失去电子，负极反应 式为 H2＋2OH－－2e－===2H2O。 Ⅱ.(3)依据电解原理精炼铜的装置是粗铜做阳极，精铜做阴极，含铜离子的溶液做电解 质溶液；所以 A 极是阴极，材料是精铜，电极反应为 Cu2＋＋2e－===Cu；B 为阳极，材料是 粗铜，电极反应主要为 Cu－2e－===Cu2＋；电解质溶液是 CuSO4 溶液。 (4)甲池是精炼铜，增重 6.4 g 是铜的质量，物质的量为 0.1 mol，转移电子物质的量为 0.2 mol；乙池阳极电极反应为 2Cl－－2e－===Cl2↑，根据电解反应过程中电极上的电子守恒 计算可知放出气体物质的量为 0.1 mol，在标准状况下的体积为 2.24 L。 答案：Ⅰ.(1)C (2)H2＋2OH－－2e－===2H2O Ⅱ.(3)精铜 Cu2＋＋2e－===Cu (4)2.24