1、课时提升作业 二十电解池 金属的电化学腐蚀与防护(B)(45分钟 100 分)一、选择题(本题包括 6小题，每题 7分，共 42分)1.(2017洛阳模拟)一定条件下，碳钢腐蚀与溶液 pH的关系如下：pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14腐蚀快慢 较快 慢 较快主要产物 Fe2+ Fe3O4 Fe2O3 Fe2下列说法不正确的是( )A.在 pH6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀C.在 pH14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为 O2+4H+4e- 2H2OD.在煮沸除氧气的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓【解析】选 C。pH6 的溶液，氧气得电子，发生吸氧腐蚀，B 正确；pH14 的溶液，氧气与水
2、反应得电子：O 2+2H2O+4e-4OH-，C错误；煮沸后除去了氧气，碳 钢的腐 蚀速率会减缓，D 正确。2.已知 H2O2是一种弱酸，在强碱溶液中主要以 H 形式存在。现以O2Al-H2O2燃料电池电解尿素CO(NH 2)2的碱性溶液制备氢气(电解池中隔膜仅阻止气体通过，c、d 均为惰性电极)。下列说法正确的是( )A.燃料电池总反应的离子方程式为 2Al+3H 2Al +2H2OO2 O2B.电解时，Al 消耗 2.7 g时，产生氮气的体积为 1.12 LC.电极 b是负极，且反应后该电极区 pH增大D.电解过程中，电子的流向由 ad，cb【解析】选 D。Al-H2O2电池中电解池溶液呈
3、碱性，H 被还原生成水，O2Al 被氧化生成 Al ，电池总反应为 3H +2Al OH-O2 O2+2Al +H2O，A错误；消耗 2.7 g Al，转移 0.3 mol电子，氮元素化O2合价由-3 价变为 0 价，生成 0.05 mol 氮气， 标准状况下体积为 1.12 L，B错误；c 极生成氮气，即尿素被氧化， c为阳极，b 极为正极，发生3H +6e-+3H2O 9OH-，pH 增大，C 错误；电子从原电池负极电解O2池阴极，从电解池阳极原电池正极，即 ad，cb，D 正确。【加固训练】(2017衡阳模拟)甲图是一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能的装置。乙图是一种家用环保型消
4、毒液发生器，用惰性电极电解饱和食盐水。下列说法中不正确的是( )A.装置乙的 a极要与装置甲的 X极连接B.装置乙中 b极的电极反应式为 2Cl-2e- Cl2C.若有机废水中主要含有葡萄糖，则装置甲中 M极发生的电极反应为C6H12O6+6H2O-24e- 6CO2+24H +D.N电极发生还原反应，当 N电极消耗 5.6 L(标准状况下)气体时，则有 2NA个 H+通过离子交换膜【解析】选 D。N 极中 O2得电子后转化为 H2O，得出 X为负极，Y 为正极，由图乙电解饱和食盐水分析，b 电极产生氯气，则 a为阴极，b 为阳极。乙的 a 极要与甲的 X 极相连接，A 正确；b 极为阳极，C
5、l -放电，B 正确；甲中传递的是质子，葡萄糖在 M 极放电，电极反应式为 C6H12O6+6H2O-24e- 6CO2+24H+，C 正确；消耗标准状况下 5.6 L 氧气时，转移 1 mol电子，即有 NA个 H+通过离子交换膜，D 错误。3.如图装置中甲、乙两池中均为 1 molL-1的 AgNO3溶液，A、B 均为 Ag电极。实验开始时先闭合 K1，断开 K2。一段时间后，断开K1，闭合 K2，形成浓差电池，电流计指针偏转(Ag +浓度越大氧化性越强)。下列说法不正确的是( )A.闭合 K1，断开 K2后，A 电极增重B.闭合 K1，断开 K2后，乙池溶液 Ag+浓度上升C.断开 K1
6、，闭合 K2后，N 向 B电极移动O3D.断开 K1，闭合 K2后，A 电极发生氧化反应【解析】选 C。闭合 K1，断开 K2，构成 电解池，阴极(A)析出银，质量增加，阳极(B)溶解使银离子浓度增大，甲池中 N 移向乙池，A、B 正O3确；断开 K1，闭合 K2后形成原电池，乙池银离子浓度大，氧化性强，故 B为正极，A 为负极，阴离子向负极移动，A 极发生氧化反应，C 错误，D 正确。4.(2017厦门模拟)二氧化氯(ClO 2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。下图是目前已开发出用电解法制取 ClO2的新工艺，图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制
7、取 ClO2。下列说法不正确的是 世纪金榜导学号30682322( )A.阳极产生 ClO2的电极反应式为 Cl-5e-+2H2O ClO2+4H +B.当阴极产生的气体体积为 112 mL(标准状况)时，通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为 0.01 molC.电解一段时间，阴极区 pH不变D.用 ClO2将 CN-氧化，只生成两种气体，其离子反应方程式为2ClO2+2CN-N2+2CO 2+2Cl -【解析】选 C。阳极发生氧化反应，即 Cl-放电生成 ClO2，A 正确；阴极H+放电生成 H2，每生成 112 mL H2，即有 0.01 mol H+放电，那么通过阳离子交换膜的阳离子的物
8、质的量为 0.01 mol，B 正确；在阴极发生2H+2e- H2，H+浓度减小，使得 H2O OH-+H+的平衡向右移动，OH -浓度增大，pH 增大， C错误；用 ClO2将 CN-氧化，只生成两种气体，其离子反应方程式为 2ClO2+2CN- N2+2CO2+2Cl-，D 正确。5.碱性硼化钒(VB 2)-空气电池工作时原理为4VB2+11O2 4B2O3+2V2O5。用该电池为电源，惰性电极电解硫酸铜溶液，实验装置如图所示。当外电路中通过 0.04 mol电子时，B 装置内共收集到 0.448 L气体(标准状况)。则下列说法正确的是 世纪金榜导学号 30682323( )A.VB2电极
9、发生的电极反应为 2VB2+11H2O-22e- V2O5+2B2O3+22H+B.外电路中电子由 c电极流向 VB2电极C.电解过程中，b 电极表面先有红色物质析出，然后有气泡产生D.若 B装置内的液体体积为 200 mL，则 CuSO4溶液的物质的量浓度为 0.05 molL-1【解析】选 D。负极 VB2失电子发生氧化反应，电极反应式为2VB2+22OH-22e-V2O5+2B2O3+11H2O，A错误；外电路中电子由 VB2电极流向阴极 c，B错误；b 为阳极，氢氧根失电子生成氧气，C 错误；外电路通过 0.04 mol电子时，b 电极生成 0.01 mol O2，共收集到 0.448
10、 L 气体，则阴极产生 0.01 mol H2，溶液中 n(Cu2+)= =0.01 0.040.0122mol，c(CuSO4)= =0.05 molL-1，D 正确。0.010.2 【方法规律】电池类型的判定规律1.有外接电源串联电池，则是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池，其他情况为电解池。2.无外接电源的串联电池，一定有一个是原电池，判断方法：(1)燃料 电池、铅蓄电池为原电池，其他装置为电解池。(2)根据 电池中的 电极材料和电解质溶液判断：电极材料和电解质溶液之间能发生自发氧化还原反应的是原电池，其他装置为电解池。(3)根据 电极反 应现象判断：如图
11、C 极溶解，D 极上析出 Cu，B 极附近溶液变红 ，A 极上放出黄绿色气体，则知乙是原电池，D 是正极，C 是负极；甲是电解池，A 是阳极，B 是阴极。6.(能力挑战题)电解装置如图所示，电解槽内装有 KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：3I 2+6OH- I +5I-3+3H2O下列说法不正确的是( )世纪金榜导学号 30682324A.右侧发生的电极反应式： 2H +2e- H2B.电解结束后，左侧溶液中含有 IO3C.电解槽内发生反应的总化学方程式：KI+3H 2O KIO3+3H2D.如果用阳离子交换膜代替阴
12、离子交换膜，电解槽内发生的总化学反应不变【解析】选 D。左侧溶液变蓝，说明左侧 Pt电极为阳极，电极反应式为2I-2e- I2，右 侧 Pt电极为阴极，电极反应 式为2H +2e-H2，A 正确；阴极生成的 OH-通过阴离子交 换膜迁移至左室，与 I2发生反应3I 2+6OH- 5I-+I +3H2O，B 正确；式3+式3+式得电解总反应：I -O3+3H2O I +O33H2，C 正确；若换用阳离子交换膜，OH -不能迁移至左室，反应无法发生， 式 +式得电 解总反应式为 2I-+2H2O 2OH-+I2+H2，两种情况下电解总反应显然不同，D 错误。二、非选择题(本题包括 3小题，共 58
13、分)7.(19分)(2017平顶山模拟)如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放 100 g 5.00%的 NaOH溶液、足量的 CuSO4溶液和100 g 10.00%的 K2SO4溶液，电极均为石墨电极。 世纪金榜导学号30682325(1)接通电源，经过一段时间后，测得丙中 K2SO4浓度为 10.47%，乙中 c电极质量增加。电源的 N端为_极；电极 b上发生的电极反应为_；电极 b生成的气体在标准状况下的体积为_；电极 c的质量变化是_g；电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化？简述其原因：甲溶液_；乙溶液_；丙溶液_。(2)如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行？_
14、为什么？_。【解析】(1)乙中 c电极质量增加，发生 Cu2+2e- Cu，c为阴极，推出 b为阳极，a 为阴极， M为负极，N 为正极。丙中相当于电解水，设电解水的质量为 x，由电解前后溶质质量相等有：100 g10.00%=(100 g-x)10.47%，得 x4.5 g，即 0.25 mol H2O，整个反应中转移 0.5 mol电子，即每个烧杯中电极上转移电子数均为 0.5 mol。甲中相当于电解 H2O，阳极 b 发生反应：4OH -4e- 2H2O+O2。转移 0.5 mol 电子，生成 O2 的物质的量为 0.5 mol4=0.125 mol，标准状况为 0.125 mol22.
15、4 Lmol-1=2.8 L。Cu2+2e- Cu，转移 0.5 mol 电子， 则生成 m(Cu)= 64 0.52gmol-1=16 g。甲中相当于电解水，NaOH 的浓度增大，pH 变大；乙中阴极为 Cu2+放电，阳极为 OH-放电，所以 H+增多，pH 减小；丙中为电解水，K2SO4 溶液的 pH 不变。(2)铜全部析出后，可以继续电解水。因为 CuSO4 溶液已转变为H2SO4 溶液，反应也就 变为水的电解反应。答案：(1) 正 4OH-4e- 2H2O+O22.8 L 16 碱性增大，电解后，水减少，溶液中 NaOH 浓度增大 酸性增大，阳极上 OH-放电生成 O2，溶液中 H+浓
16、度增加 酸碱性不变，K 2SO4 是强酸强 碱盐， 浓度增加不影响溶液的酸碱性 (2)能继续进行 因为 CuSO4 溶液已转变为 H2SO4 溶液，反应也就变为水的电解反应8.(19分)氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题：(1)与汽油相比，氢气作为燃料的优点是_(至少答出两点)。但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：_。(2)利用太阳能直接分解水制氢，是最具吸引力的制氢途径，其能量转化形式为_。(3)化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe+2H 2O+2OH- F
17、e +3H2，工作原理O24如图 1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色的 Fe ，镍电O24极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na 2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被 H2还原。电解一段时间后，c(OH -)降低的区域在_(填“阴极室”或“阳极室”)。电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是_。c(Na 2FeO4)随初始 c(NaOH)的变化如图 2，任选 M、N 两点中的一点，分析 c(Na2FeO4)低于最高值的原因：_。【解析】(1)与汽油相比，氢气作为燃料的优点有污染小、可再生、来源广、资源丰富、燃 烧热值高等；碱性氢氧燃料电池的负极
18、反应式为H2+2OH-2e- 2H2O。(2)利用太阳能直接分解水制氢，是将光能转化为化学能。(3)根据题意镍电极有气泡产生是氢离子放电生成氢气，铁电极发生氧化反应，溶液中的氢氧根离子减少，电解一段时间后，c(OH -)降低的区域在阳极室。Na2FeO4 只在强碱性条件下稳定，氢气具有 还原性， Fe 具有强O24氧化性，易被 H2还原。电解过程中， 须将阴极产生的气体及时排出，防止 Na2FeO4 与 H2 反应使产率降低。根据 题意 Na2FeO4 只在强碱性条件下稳定，在 M 点：c(OH -)低，Na2FeO4稳定性差，且反 应慢；在 N 点：c(OH -)过高， 铁电极有氢氧化铁生成
19、，使 Na2FeO4产率降低。答案：(1) 污 染小，可再生，来源广，资源丰富，燃烧热值高( 任写两点，合理即可) H2+2OH-2e- 2H2O (2)光能转化为化学能(3)阳极室 防止 Na2FeO4 与 H2 反应使产率降低 M 点：c(OH-)低，Na 2FeO4稳定性差，且反应慢(或 N 点：c(OH -)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使 Na2FeO4产率降低)9.(20分)(能力挑战题)(1)已知双氧水是绿色氧化剂，工业上常用Pt为阳极，石墨为阴极，电解饱和硫酸氢铵溶液，再用稀硫酸水解得到双氧水。方程式为 3H2O+3O2 3H2O2+O3，其中 H2O2只为还原产物，则阳极反应
20、式为_，阴极反应式为_。(2)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，按照如图装置连接，电解 40 min后取出铝片，用水冲洗，放在水蒸气中封闭处理 2030 min，即可得到更加致密的氧化膜。则电解时阳极电极反应式为_。(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的 MnSO4溶液。则阴极的电极反应式为_；阳极的电极反应式为_。(4)高铁酸钾(K 2FeO4)易溶于水，具有强氧化性，是一种新型水处理剂。工业上以 Fe2O3为阳极电解 KOH溶液制备高铁酸钾。高铁酸钾溶液长时间放置不稳
21、定，会产生红色絮状物质及气泡，则该过程的离子方程式为_。电解制高铁酸钾时阳极的电极反应式为_。【解析】(1)分析总方程式中电子得失情况，标出化合价的变化及电子得失数目。根据反应中转移电子的数目写出简单的电极反应式。即阳极( 失电子的物质)：3H 2O-6e- O3；阴极(得电子的物质)：3O 2+6e- 3H2O2，根据反应式左右两边电荷和原子个数守恒，配平电极反应式，在配平电极反应式时，酸性介质选 H+，碱性介质选 OH-，电极反应式两边常用H2O 配平。则上述反应式配平后得：阳极：3H 2O-6e- O3+6H+；阴极：3O2+6e-+6H+ 3H2O2。(2)根据 题干中信息得出，该反应
22、是以硫酸溶液为电解液由铝制取氧化铝，所以是 Al 失电子生成 Al2O3，因在酸性条件下，电极反应式为2Al-6e-+3H2O Al2O3+6H+。(3)根据 电解酸化的 MnSO4 溶液生产 MnO2，锰元素的化合价由+2+4，所以 Mn2+在阳极上失电子，则 H+在阴极上得电子，所以阴极：2H +2e- H2；阳极：Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+。(4)根据高 铁 酸钾溶液长时间放置不稳定，会产生红色絮状物质及气泡，得出生成氢氧化铁和氧气，该过程的离子方程式为4Fe +10H2O 4Fe(OH)3+8OH-+3O2，Fe2O3为阳极电解 KOHO24溶液制备高铁酸钾，电极反应式为 Fe2O3+10OH-6e-2Fe +5H2O。O24答案：(1)3H 2O-6e- O3+6H+3O2+6e-+6H+ 3H2O2(2)2Al-6e-+3H2O Al2O3+6H+(3)2H+2e- H2Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+(4)4Fe +10H2O 4Fe(OH)3+8OH -+3O2O24Fe2O3+10OH-6e- 2Fe +5H2OO24
