2019屆高中化學(xué)第一輪復(fù)習 配餐作業(yè)20 電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護.doc

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配餐作業(yè)(二十)　電解池　金屬的電化學(xué)腐蝕與防護 1．某研究性學(xué)習小組用如圖裝置研究不同能量之間的轉(zhuǎn)化問題。下列說法正確的是(　　) A．斷開開關(guān)S1，閉合開關(guān)S2，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為光能等 B．斷開開關(guān)S1，閉合開關(guān)S2，此時構(gòu)成的裝置屬于電解池 C．斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)S1，此時構(gòu)成的裝置屬于原電池 D．斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)S1，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 解析　從裝置圖可知斷開開關(guān)S1，閉合開關(guān)S2，構(gòu)成原電池，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電能轉(zhuǎn)化為光能等，A項正確，B項錯誤；斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)S1，此時構(gòu)成的裝置屬于電解池，C、D兩項錯誤。 答案　A 2．(2018邯鄲質(zhì)檢)據(jù)最近報道，中國生產(chǎn)的首艘國產(chǎn)航母“山東”號已經(jīng)下水。為保護航母、延長服役壽命可采用兩種電化學(xué)方法。方法1：艦體鑲嵌一些金屬塊；方法2：航母艦體與電源相連。下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．方法1叫外加電流的陰極保護法 B．方法2叫犧牲陽極的陰極保護法 C．方法1中金屬塊可能是鋅、錫和銅 D．方法2中艦體連接電源的負極 解析　艦體是由鋼板做的。方法1，艦體鑲嵌一些金屬塊，必須是比鐵活潑的金屬，如鋅等(錫和銅不行)，這種方法叫犧牲陽極的陰極保護法；方法2，航母艦體與電源相連，必須與電源負極相連，這種方法叫外加電流的陰極保護法。綜上所述，D項正確，本題選D。 答案　D 3．(2018濟南模擬)四個電解裝置都以Pt作電極，它們分別裝著如下電解質(zhì)溶液進行電解，電解一段時間后，測定其pH變化，所記錄的結(jié)果正確的是(　　) 選項 A. B. C. D. 電解質(zhì)溶液 HCl AgNO3 KOH BaCl2 pH變化 減小 增大 增大 不變 解析　電解鹽酸，溶質(zhì)HCl的量減小，溶劑量不變，所以酸性減弱，pH增大，A項錯誤；電解硝酸銀溶液生成硝酸、金屬銀和氧氣，溶液酸性增強，pH減小，B項錯誤；電解氫氧化鉀溶液的實質(zhì)是電解水，溶質(zhì)的量不變，溶劑減小，堿性增強，pH增大，C項正確；電解氯化鋇溶液得到氫氧化鋇、氫氣和氯氣，溶液堿性增強，pH增大，D項錯誤。 答案　C 4．(2018滄州質(zhì)量監(jiān)測)以鉛蓄電池為電源，通過電解法制備酒石酸(C4H6O6，簡寫為RH2)的原理如圖所示(A、B為惰性電極，a、b為離子交換膜) 下列敘述不正確的是(　　) A．N極的電極反應(yīng)式為PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O B．b為陰離子交換膜 C．陰極反應(yīng)為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，陰極區(qū)溶液pH升高 D．鉛蓄電池中消耗2 mol H2SO4時，理論上生成 2 mol RH2 解析　電解目的為制備RH2，則裝置右側(cè)為產(chǎn)品室，若原料室中的R2－通過陰離子交換膜進入產(chǎn)品室與H＋結(jié)合，則可制得RH2。所以B極應(yīng)為H2O電離出的OH－放電，生成H＋，即B極為陽極，電極反應(yīng)為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，b為陰離子交換膜，N為正極，M為負極，A為陰極。N為鉛蓄電池正極，電極反應(yīng)為PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O，故A項正確；根據(jù)上述分析可知，b為陰離子交換膜，故B項正確；陰極應(yīng)為H2O電離出的H＋放電，生成OH－，故電極反應(yīng)為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－濃度增大，pH增大，故C項正確；鉛蓄電池放電時總反應(yīng)為Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，當電池中消耗2 mol H2SO4時，則電路中轉(zhuǎn)移2 mol e－。根據(jù)B極電極反應(yīng)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋可知，轉(zhuǎn)移2 mol e－，產(chǎn)品室有2 mol H＋生成，R2－＋2H＋===RH2，所以理論上可生成1 mol RH2，故D項錯誤。 答案　D 5．(2018湖南岳陽一模)全世界每年鋼鐵因銹蝕造成大量的損失。某城市擬用如圖方法保護埋在酸性土壤中的鋼質(zhì)管道，使其免受腐蝕。關(guān)于此方法，下列說法不正確的是(　　) A．土壤中的鋼鐵易被腐蝕是因為在潮濕的土壤中形成了原電池 B．金屬棒M的材料應(yīng)該是比鎂活潑的金屬 C．金屬棒M上發(fā)生反應(yīng)：M－ne－===Mn＋ D．這種方法稱為犧牲陽極的陰極保護法 解析　金屬棒M只要比鐵活潑即可，太活潑的金屬易與水反應(yīng)，B項錯誤。 答案　B 6.(2018武漢調(diào)研)某同學(xué)設(shè)計如圖所示裝置，探究氯堿工業(yè)原理，下列說法正確的是(　　) A．石墨電極與直流電源負極相連 B．用濕潤淀粉KI試紙在銅電極附近檢驗氣體，試紙變藍色 C．氫氧化鈉在石墨電極附近產(chǎn)生， Na＋向石墨電極遷移 D．銅電極的反應(yīng)式為2H＋ ＋ 2e－===H2↑ 解析　若該裝置是探究氯堿工業(yè)原理，則Cu電極應(yīng)該與電源的負極連接，石墨電極與直流電源正極相連，A項錯誤；Cu電極為陰極，在陰極發(fā)生反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑；在陽極C電極上發(fā)生反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑；所以用濕潤淀粉KI試紙在碳電極附近檢驗氣體，試紙變藍色，B項錯誤；由于Cu電極為陰極，在陰極發(fā)生反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑；破壞了附近的水的電離平衡，最終在Cu電極附近氫氧化鈉產(chǎn)生， Na＋向銅電極遷移，C項錯誤；銅電極的反應(yīng)式為2H＋＋2e－=== H2↑，D項正確。 答案　D 7．在水中加入等物質(zhì)的量的Ag＋、Ba2＋、Na＋、SO、NO、Cl－。該溶液放在用惰性材料作電極的電解槽中，通電片刻，則氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的質(zhì)量比為(　　) A．35.5∶108 B．16∶137 C．8∶1 D．108∶35.5 解析　Ag＋與Cl－生成AgCl↓，Ba2＋與SO生成BaSO4↓，電解硝酸鈉溶液實際上電解水。 答案　C 8．(2018吉林市第一次摸底考試)用含鋅、銀雜質(zhì)的粗銅作陽極，純銅作陰極，CuSO4溶液做電解液進行電解，下列有關(guān)電解液中Cu2＋物質(zhì)的量濃度的敘述中，正確的是(　　) A．c(Cu2＋)增大 B．c(Cu2＋)減小 C．c(Cu2＋)不變 D．無法確定 解析　用含鋅、銀雜質(zhì)的粗銅作陽極，純銅作陰極，CuSO4溶液做電解液進行電解，則在陽極，Zn會失去電子變?yōu)閆n2＋進入溶液，溶液中的Cu2＋在陰極得到電子變?yōu)镃u析出，因此電解液中Cu2＋物質(zhì)的量濃度減小，故選項是B。 答案　B 9．(2018天星高三聯(lián)考)鋰釩氧化物電池的能量密度遠遠超過其他材料電池，其成本低，便于大量推廣，且對環(huán)境無污染。已知電池的總反應(yīng)為V2O5＋xLiLixV2O5，下列說法正確的是(　　) A．電池在放電時，Li＋向電源負極移動 B．充電時陽極的反應(yīng)為LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋ C．放電時負極失重7.0 g，則轉(zhuǎn)移2 mol電子 D．該電池以Li、V2O5為電極，酸性溶液作介質(zhì) 解析　電池在放電時，Li＋向正極移動，A項錯誤；電池充電時陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式是LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋，B項正確；負極的反應(yīng)為Li－e－===Li＋，每消耗1 mol Li(7.0 g)則轉(zhuǎn)移1 mol電子，C項錯誤；Li是活潑金屬，會與酸性溶液反應(yīng)產(chǎn)生H2，因而電池介質(zhì)不會是酸性溶液，D項錯誤。 答案　B 【素養(yǎng)立意】 手機作為人們不可替代的通信工具的今天，開發(fā)環(huán)保、經(jīng)濟、耐用的手機電池具有重要意義。手機電池放電時是原電池，充電時是電解池。 本題以手機用的二次電池為載體，綜合考查原電池和電解池的工作原理，難度中等。 10．(2018廣東五校診斷一)如圖甲是一種利用微生物將廢水中的尿素(H2NCONH2)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，并生成環(huán)境友好物質(zhì)的裝置，同時利用此裝置的電能在鐵上鍍銅，下列說法中正確的是(　　) A．乙裝置中溶液顏色會變淺 B．鐵電極應(yīng)與Y相連接 C．M電極反應(yīng)式：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋ D．當N電極消耗0.25 mol氣體時，銅電極質(zhì)量減少16 g 解析　乙裝置為電鍍裝置，電鍍液的濃度不變，因此溶液顏色不變，A項錯誤；電鍍時，待鍍金屬作陰極，與電源負極相連，而N電極上O2轉(zhuǎn)化為H2O發(fā)生還原反應(yīng)，N電極為正極，B項錯誤；M電極為負極，發(fā)生氧化反應(yīng)：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，C項正確；根據(jù)N電極反應(yīng)式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O、銅電極反應(yīng)式：Cu－2e－===Cu2＋，由各電極上轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等，可得關(guān)系式：O2～2Cu，則N電極消耗0.25 mol O2時，銅電極質(zhì)量減少0.25 mol264 gmol－1＝32 g，D項錯誤。 答案　C 11．利用如圖所示裝置電解硝酸銀溶液和飽和硫酸鈉溶液(甲中盛有AgNO3溶液，乙中盛有飽和Na2SO4溶液)。 (1)通電一段時間，觀察到濕潤的淀粉KI試紙的______(填“C”或“D”)端變藍。 (2)裝置甲中陽極為_______，陰極的電極反應(yīng)式為___________。 (3)裝置乙中觀察到的現(xiàn)象是__________________。 (4)電解一段時間后，裝置甲、乙中共收集到氣體0.168 L(標準狀況下)，而且該時間段內(nèi)裝置乙中析出硫酸鈉晶體(Na2SO410H2O)w g，測得裝置甲中溶液的體積為1 L，則裝置甲中溶液的pH為________。電解前飽和Na2SO4溶液的質(zhì)量分數(shù)的計算式為_______________(計算時忽略電解過程中的其他副反應(yīng))。 解析　(1)由于D連接電源負極，作陰極，則C極作陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)生成I2，故淀粉－KI試紙的C端變藍。(2)裝置甲中Pt電極作陽極，而Fe極發(fā)生還原反應(yīng)，作陰極。(3)裝置乙中Cu為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)生成Cu2＋，Cu極附近溶液中有Cu2＋的顏色，石墨電極上水得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，生成氫氣，溶液的pH增大，故生成氫氧化銅沉淀。(4)相同時間內(nèi)，裝置甲、乙通過的電子的物質(zhì)的量相等，裝置甲中生成1 mol O2時，裝置乙中生成2 mol H2，故0.168 L氣體中有1/3是氧氣，即氧氣為0.056 L，且裝置甲中存在關(guān)系式：4H＋～O2，故裝置甲中c(H＋)＝0.01 mol/L，即裝置甲中溶液的pH＝2。對于裝置乙，陽極反應(yīng)式為Cu－2e－===Cu2＋，陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，電解的總反應(yīng)式為Cu＋2H2OCu(OH)2↓＋H2↑。當陰極析出0.005 mol H2時，耗水0.01 mol，析出的晶體中Na2SO4的質(zhì)量除以晶體質(zhì)量和電解時消耗水的質(zhì)量之和即為飽和溶液的質(zhì)量分數(shù)。 答案　(1)C　(2)Pt　Ag＋＋e－===Ag (3)石墨極有氣泡產(chǎn)生，Cu極周圍變藍，溶液中出現(xiàn)藍色沉淀 (4)2　100% 12．某課外活動小組用如圖裝置進行實驗，試回答下列問題： (1)若開始時開關(guān)K與a連接，則B極的電極反應(yīng)式為_________。 (2)若開始時開關(guān)K與b連接，則B極的電極反應(yīng)式為_________，總反應(yīng)的離子方程式為________________________________。 有關(guān)上述實驗，下列說法正確的是________(填序號)。 ①溶液中Na＋向A極移動 ②從A極處逸出的氣體能使?jié)駶櫟腒I淀粉試紙變藍 ③反應(yīng)一段時間后加適量鹽酸可恢復(fù)到電解前電解質(zhì)的濃度 ④若標準狀況下B極產(chǎn)生2.24 L氣體，則溶液中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子 (3)該小組同學(xué)認為，如果模擬工業(yè)上離子交換膜法制燒堿的方法，那么可以設(shè)想用如圖裝置電解硫酸鉀溶液來制取氫氣、氧氣、硫酸和氫氧化鉀。 ①該電解槽的陽極反應(yīng)式為____________________。此時通過陰離子交換膜的離子數(shù)________(填“大于”“小于”或“等于”)通過陽離子交換膜的離子數(shù)。 ②制得的氫氧化鉀溶液從出口________(填“A”“B”“C”或“D”)導(dǎo)出。 ③通電開始后，陰極附近溶液pH會增大，請簡述原因 __________________________________________________。 ④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，則電池正極的電極反應(yīng)式為__________________________________。 解析　(1)開關(guān)K與a相連，裝置構(gòu)成原電池，F(xiàn)e失去電子為原電池負極。(2)開關(guān)K與b相連，裝置構(gòu)成電解NaCl溶液的電解池，B為電解池的陰極，溶液中的H＋在B極放電生成H2。電解過程中Na＋應(yīng)該向陰極B移動；A極產(chǎn)生的氣體為Cl2，Cl2能將I－氧化為I2，I2遇淀粉變藍；根據(jù)電解反應(yīng)：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，電解一段時間后若加入鹽酸會增加H2O的質(zhì)量，應(yīng)通入HCl氣體使其恢復(fù)到電解前電解質(zhì)的濃度；若標準狀況下B極產(chǎn)生2.24 L氣體，即0.1 mol H2，則有0.2 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，但在溶液中轉(zhuǎn)移的不是電子，而是離子。(3)①溶液中的OH－在陽極失電子產(chǎn)生O2：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，所以在B口放出O2，從A口導(dǎo)出H2SO4。溶液中的H＋在陰極得到電子產(chǎn)生H2：2H＋＋2e－===H2↑，則從C口放出H2，從D口導(dǎo)出KOH溶液。因SO所帶電荷數(shù)大于K＋所帶電荷數(shù)，SO通過陰離子交換膜，K＋通過陽離子交換膜，所以通過陽離子交換膜的離子數(shù)大于通過陰離子交換膜的離子數(shù)。O2、H2、KOH溶液構(gòu)成燃料電池時，O2在電池正極放電：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 答案　(1)Fe－2e－===Fe2＋ (2)2H＋＋2e－===H2↑　2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑?、? (3)①4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　小于　②D ③H＋在陰極附近放電，引起水的電離平衡向右移動，使c(OH－)>c(H＋) ④O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 13．如圖裝置所示，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。 請回答下列問題： (1)B極是電源的________，一段時間后，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__________________________________________________， 在電場作用下向Y極移動。 (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，對應(yīng)單質(zhì)的物質(zhì)的量之比為________。 (3)現(xiàn)用丙裝置給銅件鍍銀，則H應(yīng)是___________________(填“鍍層金屬”或“鍍件”)，電鍍液是________溶液。當乙中溶液的pH是13時(此時乙溶液體積為500 mL)，丙中鍍件上析出銀的質(zhì)量為______，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)生的總反應(yīng)的離子方程式為________________________________________。 解析　(1)由裝置圖知，直流電源與各電解池串聯(lián)；由“F極附近呈紅色”知，F(xiàn)極為陰極，則E極為陽極、D極為陰極、C極為陽極、G極為陽極、H極為陰極、X極為陽極、Y極為陰極、A極為正極、B極為負極。甲裝置是用惰性電極電解CuSO4溶液，由于Cu2＋放電，導(dǎo)致c(Cu2＋)降低，溶液顏色逐漸變淺；丁裝置是膠體的電泳實驗，由于X極附近的顏色逐漸變淺，Y極附近的顏色逐漸變深，說明氫氧化鐵膠粒帶正電荷。(2)當甲、乙裝置中的C、D、E、F電極均只有一種單質(zhì)生成時，C、D、E、F電極的產(chǎn)物分別為O2、Cu、Cl2、H2，根據(jù)各電極轉(zhuǎn)移電子數(shù)相同，則對應(yīng)單質(zhì)的物質(zhì)的量之比為1∶2∶2∶2。(3)給銅件鍍銀，根據(jù)電鍍原理，銅件作陰極，銀作陽極，電鍍液是可溶性銀鹽。當乙中溶液的pH是13時，則乙中n(OH－)＝0.1 molL－10.5 L＝0.05 mol，即各電極轉(zhuǎn)移電子0.05 mol，所以丙中析出銀0.05 mol；甲裝置中由于電解產(chǎn)生H＋，導(dǎo)致溶液的酸性增強，pH變小。(4)若將C電極換為鐵，則鐵作陽極發(fā)生反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋，D極發(fā)生：Cu2＋＋2e－===Cu，則總反應(yīng)的離子方程式為Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋。 答案　(1)負極　逐漸變淺　氫氧化鐵膠粒帶正電荷 (2)1∶2∶2∶2 (3)鍍件　AgNO3(合理即可)　5.4 g　變小 (4)Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋