1、1第 3 节 电解池 金属的电化学腐蚀一、选择题1取一张用饱和 NaCl 溶液浸湿的 pH 试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现 a 电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是( )Ab 电极是阴极Ba 电极与电源的正极相连接C电解过程中，水是氧化剂Db 电极附近溶液的 pH 变小解析：选 D。电解饱和 NaCl 溶液，阳极生成 Cl2，Cl 2与水反应生成 HClO 和 HCl，盐酸具有酸性，可使 pH 试纸变红色，HClO 具有漂白性，又可将红色漂白，故内圆为白色，外圈为红色，可推出 a 为阳极，b 为阴极，A 正确；a 为阳极与电源
2、正极相连，B 正确；电解过程中，H 2O 得电子，为氧化剂，C 正确；b 电极附近有 OH 生成，pH 增大，D 错误。2下列有关电化学装置完全正确的是( )A B C D铜的精炼 铁上镀银 防止 Fe 被腐蚀 构成铜锌原电池解析：选 C。电解精炼铜时，应该用粗铜作阳极，精铜作阴极，A 错误；铁上镀银时，应该用银作阳极，铁作阴极，B 错误；C 是外加电流的阴极保护法，正确；铜锌原电池中，锌应插入硫酸锌溶液中，铜应插入硫酸铜溶液中，D 错误。3烧杯 A 中盛放 0.1 mol/L 的 H2SO4溶液，烧杯 B 中盛放 0.1 mol/L 的 CuCl2溶液(两种溶液均足量)，组成的装置如图所示。
3、下列说法不正确的是( )AA 为原电池，B 为电解池BA 为电解池，B 为原电池2C当 A 烧杯中产生 0.1 mol 气体时，B 烧杯中产生气体的物质的量也为 0.1 molD经过一段时间，B 烧杯中溶液溶质的浓度减小解析：选 B。构成 A 装置的是活泼性不同的两电极，两电极均浸在电解质溶液中，两极形成了闭合回路，所以 A 装置为原电池装置，且 A 装置为 B 装置提供电能，B 装置为电解池。A 装置中的电极反应式为正极：2H 2e =H2，负极：Fe2e =Fe2 。B 装置中的电极反应式为阴极：Cu 2 2e =Cu，阳极：2Cl 2e =Cl2。B 装置是电解氯化铜溶液，放出 Cl2并
4、析出 Cu，溶液溶质的浓度减小。4载人空间站的生态系统中，要求分离人呼出的二氧化碳，同时需要提供氧气。某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求，同时还有燃料一氧化碳生成，该电化学装置中得电子的电极发生的反应是 2CO24e 2H 2O=2CO4OH 。下列判断错误的是( )A上述电化学装置相当于电解池B上述装置进行的总反应为 2CO2=2COO 2C反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性增强D失电子的电极发生的反应是 4OH 4e =2H2OO 2解析：选 C。A该电池是利用化学能转化为电能，符合电解池原理，所以上述电化学装置相当于电解池，故 A 正确；B该电池中，阴极上电极反应式为
5、2CO24e 2H 2O=2CO4OH ，阳极上氢氧根离子失电子生成氧气，得失电子相同条件下将两个电极反应式相加即得电池总反应式为 2CO2=2COO 2，故 B 正确；C阴极反应生成的 OH 在阳极完全反应，电池总反应式为 2CO2=2COO 2，所以反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性不变，故 C 错误；D阳极上氢氧根离子失电子生成氧气供给呼吸，电极反应式为 4OH 4e =2H2OO 2，故 D 正确。5如图中 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
6、色 BCu 电极质量减小，Pt 电极质量增大CZ 中溶液的 pH 先减小，后增大D溶液中的 SO 向 Cu 电极定向移动24解析：选 A。紫红色斑即 MnO 向 d 端扩散，根据阴离子向阳极移动的原理，可知 d 端 43为阳极，即 b 为正极，a 为负极，c 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 =2H2OO 2，Cu 为阴极，溶液中的 Cu2 得电子，生成铜，总反应式为2CuSO42H 2O 2CuO 22H 2SO4，Pt 电极附近生成 H ，则 SO 向 Pt 电= = = =
7、=电 解 24极定向移动，B、D 不正确。随着电解的进行，Z 中溶液变为硫酸溶液，继续电解则为电解水，硫酸浓度增大，pH 减小，C 不正确。6.铝阳极氧化处理后形成的氧化膜比铝的天然氧化膜耐磨性、耐腐蚀性及装饰性有明显的提高，工业中以铝为阳极，置于硫酸溶液中电解，装置如图所示，下列说法正确的是( )A阳极电极方程式为 Al3e 6OH =Al2O33H 2OB随着电解的进行，溶液的 pH 逐渐增大C当阴极生成气体 3.36 L(标准状况)时，阳极增重 2.4 gD电解过程中 H 移向铝电极解析：选 C。电解质为硫酸溶液，OH 不可能参加反应，A 错误；根据原电池装置和题目信息可知电解总反应方程
8、式为 2Al3H 2O Al2O33H 2，H 2O 减少，溶液= = = = =电 解 的 pH 逐渐减小，B 错误；阴极反应为 2H 2e =H2，H 2的物质的量为 3.36 L22.4 Lmol1 0.15 mol，则转移电子为 20.15 mol0.3 mol，阳极反应为2Al6e 3H 2O=Al2O36H 。根据差量法进行计算：设阳极增重的质量为 x。2Al3H 2O Al2O33H 26e m= = = = =电 解 6 mol 48 g 0.3 mol x ，解得 x2.4 g，即阳极增重 2.4 g，C 正确；根据电流的方向可知，6 mol0.3 mol 48 gx阳离子移
9、向阴极，所以 H 移向石墨电极，D 错误。7把物质的量均为 0.1 mol 的 CuCl2和 H2SO4溶于水制成 100 mL 的混合溶液，用石墨作电极电解，并收集两电极所产生的气体，一段时间后在两极收集到的气体在相同条件下体积相同。则下列描述正确的是( )A电路中共转移 0.6NA个电子B阳极得到的气体中 O2的物质的量为 0.2 molC阴极质量增加 3.2 g4D电解后剩余溶液中硫酸的浓度为 1 molL1解析：选 A。阳极开始产生 Cl2，后产生 O2，阴极开始产生 Cu，后产生 H2，根据题意两极收集到的气体在相同条件下体积相同，则阴极产生 0.2 mol H2，阳极产生 0.1
10、mol Cl2和 0.1 mol O2，则转移电子数为 0.6NA，A 正确、B 错误；阴极析出铜 0.1 mol，即 6.4 g，C 错误；电解后溶液的体积未知，故不能计算浓度，D 错误。81 L 某溶液中含有的离子如下表：离子 Cu2 Al3 NO 3 Cl物质的量浓度(mol/L) 1 1 a 1用惰性电极电解该溶液，当电路中有 3 mol e 通过时(忽略电解时溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)，下列说法正确的是( )A电解后溶液呈酸性B a3C阳极生成 1.5 mol Cl2D阴极析出的金属是铜与铝解析：选 A。 1 mol Cu2 放电的过程中，另一极 Cl 和 OH 各
11、放电 1 mol，故溶液显酸性，A 正确；根据电荷守恒可推知 a4，B 不正确；Cl 的物质的量为 1 mol，阳极不会产生 1.5 mol Cl2，C 不正确；铝较活泼，在溶液中 Al3 不会放电，D 不正确。9用电解法可提纯含有某些含氧酸根杂质的粗 KOH 溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是( )A阳极反应式为 4OH 4e =2H2OO 2B通电后阴极区附近溶液 pH 会增大CK 通过交换膜从阴极区移向阳极区D纯净的 KOH 溶液从 b 口导出解析：选 C。A 项，阳极发生氧化反应，电极反应式为 4OH 4e =2H2OO 2，A 正确；B 项，阴极发生还原反应，消耗氢离子产
12、生氢气，必然会使溶液中氢离子浓度减小，所以溶液 pH 增大，B 正确；C 项，钾离子是通过交换膜从阳极移向阴极，这样才可以达到提纯氢氧化钾的作用，C 错误；D 项，纯净的 KOH 在阴极制得从 b 口排出，D 正确。10用 Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法中不正确的是( )5AX 为直流电源的负极，Y 为直流电源的正极B阳极区 pH 增大C图中的 baD该过程中的产品主要为 H2SO4和 H2解析：选 B。由图可知与 X 电极相连的电极区发生还原反应：2H 2e
13、=H2，所以Pt()为阴极，X 为直流电源的负极，Y 为直流电源的正极，A 正确。在阴极区由于发生反应 2H 2e =H2，破坏了附近的水的电离平衡，水继续电离，最终导致阴极区的 c(OH )增大，pH 增大，溶液碱性增强；在阳极区，发生反应 SO 2e H 2O=SO 2H ，HSO23 242e H 2O=SO 3H ，溶液中的 c(H )增大，溶液的酸性增强，pH 减小，B 错误。 3 24根据 B 选项的分析可知在阳极区由于不断产生硫酸，所以产生的硫酸的浓度比加入的硫酸的浓度要大，C 正确。在反应的过程中，阳极区不断产生 H2SO4，阴极区不断产生 H2，阴极区得到的 Na2SO3溶液
14、则循环使用，因此该过程中的产品主要为 H2SO4和 H2，D 正确。二、非选择题11.如图所示为探究金属腐蚀条件的实验装置图，请分析实验并回答下列问题：(1)若起始时甲、乙、丙 3 套装置的导管中液面高度相同，过一段时间后液面最高的是_。(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越_(填“高”或“低”)，钢铁越易腐蚀。(3)乙装置中发生电化学腐蚀时正极的电极反应式为_。.利用化学反应：2FeCl 3Cu= =2FeCl2CuCl 2，请你选择合适的电极材料和电解质溶液，设计一个原电池。可供选择的电极材料：铁棒、铜棒、石墨棒。可供选择的电解质溶液：CuCl 2溶液、FeCl 2溶液、FeCl
15、3溶液。请填写下列空白：6(1)选择_作正极材料，_作负极材料；选择_作电解质溶液。(2)写出有关的电极反应式：正极：_；负极：_。解析：.(1)甲、乙、丙 3 套装置中的乙装置形成了原电池，铁作负极失电子，碳作正极，氧气得电子，使试管内压强降低，所以乙中导管中液面上升最高。(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越高，越易形成原电池，钢铁越易腐蚀。(3)乙装置形成了原电池，碳作正极，氧气得电子，电极反应式：2H 2OO 24e =4OH 。.把氧化还原反应 2FeCl3Cu= =2FeCl2CuCl 2拆成两个半反应：2Fe3 2e =2Fe2 (还原反应 )，是正极的反应式；Cu2e
16、=Cu2 (氧化反应)，是负极的反应式；含 Fe3 的溶液作电解液，活泼性不同的金属或非金属作两极，其中铜棒作负极，石墨棒作正极。答案：.(1)乙 (2)高 (3)2H 2OO 24e =4OH.(1)石墨棒 铜棒 FeCl 3溶液 (2)2Fe 3 2e =2Fe2 Cu2e =Cu212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 AgNO3 溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴石蕊试液，则：电解池中 Y 电极上的电极反应式为_；在 Y 电极附近观察到的实验现象是_
17、；检验该电极反应产物的方法是_。X 电极上的电极反应式为_。(2)如要用电解方法精炼粗镍，电解液 a 选用 Ni(NO3)2溶液，则：X 电极的材料是_，电极反应式为_。Y 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)解析：(1)用惰性电极电解 AgNO3溶液时，阳极反应：2H 2O4e =4H O 2；阴极反应：4Ag 4e =4Ag。与电源正极相连的电极为阳极，反之为阴极。所以 X 为阴极，Y 为阳极。Y 电极在反应过程中消耗了 H2O 电离出的 OH ，生成了 H ，溶液呈酸性，加入石蕊试液显红色，Y 电极产生氧气，能使带火星的木条复燃；X 电极产生 Ag。(2)
18、电解精炼 Ni 时，7用粗镍作阳极，纯镍为阴极。反应过程中阳极上的 Ni 以及比 Ni 活泼的金属失去电子，成为离子，进入溶液，活泼性比 Ni 差的金属形成阳极泥；在阴极只有 Ni2 能得电子成为单质，其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。根据装置图，X 为阴极，Y 为阳极，所以，X 电极的材料是纯镍，电极反应式为 Ni2 2e =Ni；Y 电极的材料是粗镍，电极反应式为Ni2e =Ni2 。答案：(1)2H 2O4e =4H O 2 有无色气体放出，溶液变红 用带火星的木条检验，木条复燃 4Ag 4e =4Ag(2)纯镍 Ni 2 2e =Ni粗镍 Ni2e =Ni213知识的梳理和感悟是有
19、效学习的方法之一。某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题(显示的电极均为石墨)。(1)图 1 中，电解一段时间后，气球 b 中的气体是_(填化学式)，U 形管_(填“左”或“右”)边的溶液变红。(2)利用图 2 制作一种环保型消毒液发生器，可制备“84”消毒液的有效成分，则 c 为电源的_极；该发生器中反应的总离子方程式为_。(3)氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能 30%以上。该工艺的相关物质运输与转化关系如图 3 所示(其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过)。燃料电池 B 中的电极反应式分别为负极：_，正极：_。
20、分析图 3 可知，氢氧化钠的质量分数为 a%、 b%、 c%，由大到小的顺序为_。解析：(1)图 1 中，根据电子流向知，左边电极是电解池阳极，右边电极是电解池阴极，8阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，所以气球 a 中气体是氯气，气球b 中气体是氢气，同时阴极附近有 NaOH 生成，溶液呈碱性，无色酚酞遇碱变红色，所以 U形管右边溶液变红色。(2)利用图 2 制作一种环保型消毒液发生器，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时阴极有 NaOH 生成，氯气和氢氧化钠反应生成 NaClO，次氯酸钠具有漂白性，为了使反应更充分，则下边电极生成氯气，上边电极附近有 N
21、aOH 生成，上边电极生成氢气，为阴极，则 c 为负极，d 为正极，总反应离子方程式为 Cl H 2OClO H 2。= = = = =电 解 (3)B 是燃料电池，右边电池中通入空气，左边原电池中通入气体 Y，则 Y 是氢气，则电解池中左边电极是阳极，右边电极是阴极，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电；燃料电池中通入空气的电极是正极，通入氢气的电极是负极，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，负极、正极反应式分别为2H24e 4OH =4H2O、O 2 4e 2H 2O=4OH 。图 3 电解池中加入 NaOH 的目的是增大溶液导电性，通入电解池后生
22、成氢氧化钠，所以加入的 NaOH 浓度小于出来的 NaOH 浓度；原电池中，正极上生成氢氧化钠，且其浓度大于加入的氢氧化钠，所以氢氧化钠浓度大小顺序是 b%a%c%。答案：(1)H 2 右(2)负 Cl H 2O ClO H 2= = = = =电 解 (3)2H 24e 4OH =4H2O O 24e 2H 2O=4OH b%a%c%14(1)电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解 NO 的原理如图，电源正极为_(填“A”或“B”)，阴极反应式为 3_。(2)如图是一种用电解原理来制备 H2O2，并用产生的 H2O2处理废氨水的装置。9为了不影响 H2O2的产量，需要向废氨水中加
23、入适量 HNO3调节溶液的 pH 约为 5，则所得溶液中 c(NH )_(填“” “”或“”) c(NO )。 4 3IrRu 惰性电极吸附 O2生成 H2O2，其电极反应式为_。理论上电路中每转移 3 mol e ，最多可以处理废氨水中溶质(以 NH3计)的质量是_g。(3)电解法也可以利用 KHCO3使 K2CO3溶液再生。其原理如图所示，KHCO 3应进入_(填“阴极”或“阳极”)室。简述再生 K2CO3的原理：_。解析：(1)由题给原理图可知，AgPt 电极上 NO 发生还原反应生成氮气，因此 3AgPt 电极为阴极，电极反应式为 2NO 12H 10e =N26H 2O，则 B 为电
24、源负极， 3A 为电源正极。(2)溶液呈现电中性， c(NH ) c(H ) c(NO ) c(OH )，pH 约为 5 呈酸性，即 4 3c(H )c(OH )，则 c(NH ) c(NO )；IrRu 惰性电极吸附氧气，氧气得电子发生还原 4 3反应：O 22H 2e =H2O2； 4NH 33O 2=2N26H 2O 中， 4 mol 氨气转移 12 mol 电子，因此转移 3 mol 电子时，最多可以处理氨水中溶质 NH3的物质的量为 1 mol，其质量为 17 g。(3)根据题图所示，可知在阴极水电离产生的 H 获得电子变为氢气逸出，产生的 OH和 HCO 反应生成 CO ，使得 K2CO3再生。 3 23答案：(1)A 2NO 12H 10e =N26H 2O 3(2) O 22H 2e =H2O2 17(3)阴极 在阴极水电离产生的 H 得电子生成 H2，产生的 OH 和 HCO 反应生成 3CO ，使得 K2CO3再生23
