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跟蹤檢測（二十） 電解池 金屬的電化學腐蝕與防護 1．下列有關(guān)金屬腐蝕與防護的說法不正確的是(　　) A．鋼鐵在弱堿性條件下發(fā)生電化學腐蝕的正極反應是O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．當鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鍍層仍能對鐵制品起保護作用 C．在海輪外殼連接鋅塊保護外殼不受腐蝕是采用了犧牲陽極的陰極保護法 D．可將地下輸油鋼管與外加直流電源的負極相連以保護它不受腐蝕 解析：選B　弱堿性條件下，鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕，A正確；當鍍層破損時，Sn、Fe可形成原電池，F(xiàn)e作負極，加快了Fe的腐蝕，B錯誤；Fe、Zn、海水形成原電池，Zn失去電子作負極，從而保護了Fe，C正確；采用外加電流的陰極保護法時，被保護金屬與直流電源的負極相連，D正確。 2．如圖兩套實驗裝置，都涉及金屬的腐蝕反應，假設其中的金屬塊和金屬絲都是足量的。下列敘述正確的是(　　) A．裝置Ⅰ在反應過程中只生成NO2氣體 B．裝置Ⅱ開始階段鐵絲只發(fā)生析氫腐蝕 C．裝置Ⅱ在反應過程中能產(chǎn)生氫氣 D．裝置Ⅰ在反應結(jié)束時溶液中的金屬陽離子只有Cu2＋ 解析：選C　裝置Ⅰ中，鐵被濃硝酸鈍化，銅與濃硝酸反應，在這種條件下，銅作原電池的負極，鐵作正極，反應生成紅棕色的NO2，隨著反應的進行，濃硝酸變?yōu)橄∠跛?，隨后鐵作負極Cu作正極，稀硝酸發(fā)生還原反應生成無色的NO，金屬過量，故反應結(jié)束時溶液中既有Fe2＋又有Cu2＋，A、D錯誤；因為裝置Ⅱ中左邊充滿氧氣，一開始發(fā)生吸氧腐蝕，消耗氧氣導致左邊液面上升，鐵與稀硫酸反應產(chǎn)生氫氣，發(fā)生析氫腐蝕，B錯誤，C正確。 3. (2019廣元診斷)鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是(　　) A．鋅電極上發(fā)生還原反應 B．電池工作一段時間后，甲池的c(SO)不變 C．電池工作一段時間后，乙池溶液的總質(zhì)量減少 D．陰、陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動，保持溶液中電荷平衡 解析：選B　A項，由裝置圖可知該原電池反應原理為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，故Zn電極為負極，失電子發(fā)生氧化反應，Cu電極為正極，得電子發(fā)生還原反應，錯誤；B項，該裝置中為陽離子交換膜，只允許陽離子和水分子通過，故兩池中c(SO)不變，正確；C項，放電過程中溶液中Zn2＋由甲池通過陽離子交換膜進入乙池，乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，故乙池中的Cu2＋逐漸由Zn2＋替代，摩爾質(zhì)量：M(Zn)>M(Cu)，故乙池溶液的總質(zhì)量增加，錯誤；D項，該裝置中為陽離子交換膜，只允許陽離子和水分子通過，放電過程中溶液中Zn2＋由甲池通過陽離子交換膜進入乙池保持溶液中電荷平衡，陰離子并不通過交換膜，錯誤。 4．(2019安慶六校聯(lián)考)下列圖示中關(guān)于銅電極的連接錯誤的是(　　) 解析：選C　A項，鋅比銅活潑，鋅作負極，銅作正極，連接正確；B項，電解精煉銅，粗銅作陽極，純銅作陰極，連接正確；C項，電鍍時，鍍件作陰極，鍍層金屬作陽極，連接錯誤；D項，電解氯化銅溶液，銅作陰極，石墨作陽極，連接正確。 5．下列關(guān)于電化學知識的說法正確的是(　　) A．電解飽和食鹽水在陽極得到氯氣，陰極得到金屬鈉 B．電解精煉銅時，陽極質(zhì)量的減少不一定等于陰極質(zhì)量的增加 C．電解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液，在陰極上依次析出Al、Fe、Cu D．電解CuSO4溶液一段時間后(Cu2＋未反應完)，加入適量Cu(OH)2可以使溶液恢復至原狀態(tài) 解析：選B　A項，電解飽和食鹽水在陽極Cl－失電子得到Cl2，陰極H＋得電子得到H2和NaOH，錯誤；B項，陽極除銅放電外，比銅活潑的金屬如Zn、Fe也放電，但陰極上只有Cu2＋放電，正確；C項，根據(jù)金屬活動性順序可知，陰極上離子的放電順序是Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Al3＋，F(xiàn)e2＋和Al3＋不放電，F(xiàn)e3＋得電子生成Fe2＋，不會析出Fe和Al，錯誤；D項，電解 CuSO4 溶液，陰極析出Cu，陽極生成O2，應加入CuO。 6．下列有關(guān)電化學裝置的說法正確的是(　　) A．利用圖a裝置處理銀器表面的黑斑Ag2S，銀器表面發(fā)生的反應為Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－ B．圖b電解一段時間，銅電極溶解，石墨電極上有亮紅色物質(zhì)析出 C．圖c中的X極若為負極，則該裝置可實現(xiàn)粗銅的精煉 D．圖d中若M是海水，該裝置是通過“犧牲陽極的陰極保護法”使鐵不被腐蝕 解析：選A　形成原電池反應，Ag2S為正極被還原，正極反應式為Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－，故A正確；銅為陰極，發(fā)生還原反應，不能溶解，石墨電極上生成氧氣，故B錯誤；圖c中的X極若為負極，粗銅為陰極，而電解精煉銅時，粗銅作陽極，純銅作陰極，不能進行粗銅的精煉，故C錯誤；該裝置有外接電源，屬于“有外加電源的陰極保護法”，故D錯誤。 7.(2019建鄴區(qū)模擬)H2S廢氣資源化利用途徑之一是回收能量并得到單質(zhì)硫。反應原理為2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－632 kJmol－1。如圖為質(zhì)子膜H2S燃料電池的示意圖。下列說法正確的是(　　) A．電極a為電池的正極 B．電極b上發(fā)生的電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．電路中每流過4 mol電子，電池內(nèi)部釋放632 kJ熱能 D．每17 g H2S參與反應，有1 mol H＋經(jīng)質(zhì)子膜進入正極區(qū) 解析：選D　由2H2S＋O2===S2＋2H2O得出負極H2S失電子發(fā)生氧化反應，則a為電池的負極，故A錯誤；正極O2得電子發(fā)生還原反應，所以電極b上發(fā)生的電極反應為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故B錯誤；電路中每流過4 mol電子，則消耗1 mol氧氣，但該裝置將化學能轉(zhuǎn)化為電能，所以電池內(nèi)部幾乎不放出熱能，故C錯誤；每17 g即＝0.5 molH2S 參與反應，則消耗0.25 mol氧氣，則根據(jù)O2＋4H＋＋4e－===2H2O可知，有1 mol H＋經(jīng)質(zhì)子膜進入正極區(qū)，故D正確。 8.按如圖所示裝置進行下列不同的操作，其中不正確的是(　　) A．鐵腐蝕的速率由快到慢的順序：只閉合K3>只閉合K1>都斷開>只閉合K2 B．只閉合K3，正極的電極反應式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ C．先只閉合K1，一段時間后，漏斗內(nèi)液面上升，然后只閉合K2，漏斗內(nèi)液面上升 D．只閉合K2，U形管左、右兩端液面均下降 解析：選A　金屬腐蝕速率：電解池的陽極>原電池的負極>化學腐蝕>原電池的正極>電解池的陰極，閉合K3，是原電池，鐵作負極；閉合K2，是電解池，鐵作陰極；閉合K1，鐵作陽極，因此腐蝕速率由快到慢的順序：只閉合K1>只閉合K3>都斷開>只閉合K2，故A錯誤；只閉合K3，構(gòu)成原電池，鐵棒發(fā)生吸氧腐蝕，正極反應式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B正確；先只閉合K1，鐵作陽極，陽極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，陰極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，U形管中氣體壓強增大，因此漏斗中液面上升；然后只閉合K2，鐵作陰極，陰極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，陽極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑，U形管中氣體壓強增大，漏斗中液面上升，故C正確；根據(jù)選項C的分析，只閉合K2，兩極均有氣體放出，氣體壓強增大，左、右兩端液面均下降，故D正確。 9．(2019合肥模擬)如圖所示，甲池的總反應式為N2H4＋O2===N2＋2H2O。下列說法正確的是(　　) A．甲池中負極上的電極反應式為N2H4－4e－===N2＋4H＋ B．乙池中石墨電極上發(fā)生的反應為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．甲池溶液pH增大，乙池溶液pH減小 D．甲池中每消耗0.1 mol N2H4，乙池理論上最多產(chǎn)生 6.4 g 固體 解析：選B　由圖知甲池是燃料電池，乙池是電解池，甲池的電解質(zhì)溶液是KOH溶液，則負極不可能生成H＋，應為N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，A錯誤；乙池的石墨電極是陽極，發(fā)生氧化反應，B正確；甲池總反應中生成了水，則KOH溶液濃度變小，pH減小，乙池生成Cu、O2、H2SO4，溶液pH減小，C錯誤；根據(jù)各個電極流過的電量相等知，N2H4～2Cu，甲池每消耗0.1 mol N2H4，乙池理論上會析出12.8 g銅，D錯誤。 10．如圖所示，某同學設計了一個燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜。下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．反應一段時間后，乙裝置中在鐵電極區(qū)生成氫氧化鈉 B．乙裝置中鐵電極為陰極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋ C．通入氧氣的一極為正極，發(fā)生的電極反應為O2－4e－＋2H2O===4OH－ D．反應一段時間后，丙裝置中硫酸銅溶液濃度保持不變 解析：選A　甲裝置為甲醚燃料電池，充入氧氣的一極發(fā)生還原反應，為電極的正極，充入甲醚的一極為電極的負極；乙裝置為電解飽和氯化鈉溶液的裝置，根據(jù)串聯(lián)電池中電子的轉(zhuǎn)移，可知Fe電極為陰極，C極為陽極；丙裝置為電解精煉銅的裝置，精銅為陰極，粗銅為陽極。乙裝置中鐵電極發(fā)生的反應為2H＋＋2e－===H2↑，根據(jù)電荷守恒知Na＋移向陰極，在鐵電極處生成氫氧化鈉，A正確，B錯誤；正極發(fā)生還原反應，反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C錯誤；粗銅極除了銅發(fā)生氧化反應外，活動性在銅前面的雜質(zhì)金屬也會反應，但在精銅極，只有Cu2＋被還原，根據(jù)電荷守恒，硫酸銅溶液濃度減小，D錯誤。 11．四甲基氫氧化銨[(CH3)4NOH]常用作電子工業(yè)清洗劑，以四甲基氯化銨[(CH3)4NCl]為原料，采用電滲析法合成(CH3)4NOH，其工作原理如圖所示(a、b為石墨電極，c、d、e為離子交換膜)，下列說法不正確的是(　　) A．N為正極 B．標準狀況下制備0.75NA (CH3)4NOH，a、b兩極共產(chǎn)生16.8 L 氣體 C．c、e均為陽離子交換膜 D．b極電極反應式：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 解析：選B　電解后左側(cè)(CH3)4NOH溶液由稀變濃，說明a極發(fā)生還原反應，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，據(jù)此判斷a為陰極，b為陽極，所以N為正極，故A正確；b極為OH－放電生成O2：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，標準狀況下制備0.75NA(CH3)4NOH，需要陰極提供0.75 mol OH－，轉(zhuǎn)移電子0.75 mol，a、b兩極共產(chǎn)生＋mol22.4 Lmol－1＝12.6 L氣體，故B錯誤，D正確；(CH3)4NOH溶液由稀變濃，說明(CH3)4N＋穿過c膜，c膜是陽離子交換膜，NaCl溶液由稀變濃，說明Na＋穿過e膜，e膜是陽離子交換膜，故C正確。 12．如圖A為堿性硼化釩(VB2)—空氣電池示意圖，兩極用離子交換膜隔開，VB2放電時生成兩種氧化物。若用該電池為電源，用惰性電極電解硫酸銅溶液，實驗裝置如圖B所示。則下列說法錯誤的是(　　) A．堿性硼化釩(VB2)—空氣電池中使用陰離子交換膜 B．外電路中電子由VB2電極流向c電極 C．電解過程中，b電極表面產(chǎn)生的氣體可以收集后充入A池中的電極循環(huán)利用 D．VB2電極發(fā)生的電極反應為2VB2－22e－＋11H2O===V2O5＋2B2O3＋22H＋ 解析：選D　硼化釩—空氣燃料電池中，VB2在負極失電子，氧氣在正極得電子，電池總反應為4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5，VB2放電時生成兩種氧化物，氧化物會和酸反應，所以電池中使用陰離子交換膜，故A正確；VB2極是負極，外電路中電子由VB2電極流向陰極c電極，故B正確；電解過程中，b電極是陽極，該電極表面產(chǎn)生的氣體是氧氣，可以收集后充入A池中的電極循環(huán)利用，故C正確；負極上是VB2失電子發(fā)生氧化反應，因在堿性環(huán)境中，VB2極發(fā)生的電極反應為2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，故D錯誤。 13．Ⅰ.某實驗小組同學對電化學原理進行了一系列探究活動。 (1)如圖1所示為某實驗小組設計的原電池裝置，反應前電極質(zhì)量相等，一段時間后兩電極質(zhì)量相差12 g，導線中通過________mol電子。 (2)如圖1，其他條件不變，若將乙燒杯中的CuCl2溶液換為NH4Cl溶液，則石墨電極的電極反應方程式為____________________________________。 (3)如圖2，其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n形，乙裝置中與銅絲相連的石墨電極上發(fā)生的反應方程式為____________________________。 Ⅱ.氫能是發(fā)展中的新能源，它的利用包括氫的制備、儲存和應用三個環(huán)節(jié)?；卮鹣铝袉栴}： (4)與汽油等燃料相比，氫氣作為燃料的兩個明顯的優(yōu)點是_______________________________________(寫兩點)。 (5)化工生產(chǎn)的副產(chǎn)品也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時獲得氫氣?？偡磻匠淌綖镕e＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，工作原理如圖3所示。裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色的FeO，鎳電極有氣泡產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知：Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原。 ①電解一段時間后，c(OH－)降低的區(qū)域在__________(填“陰極室”或“陽極室”)。 ②電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出，其原因是_________________________________________________。 ③c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖4所示，任選M、N兩點中的一點，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：__________________________________________________。 解析：(1)圖1為原電池反應，F(xiàn)e為負極，發(fā)生反應Fe－2e－===Fe2＋，石墨為正極，發(fā)生反應Cu2＋＋2e－===Cu，總反應式為Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。一段時間后，兩電極質(zhì)量相差12 g，則 Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu　 質(zhì)量差Δm　 　　　轉(zhuǎn)移電子 56 g 64 g (56＋64)g＝120 g 2 mol 12 g n 則n＝0.2 mol。(2)若將CuCl2溶液換為NH4Cl溶液，溶液呈酸性，NH在正極放電，電極反應式為2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑。(3)若將鹽橋換成彎銅導線與石墨相連成n形，甲裝置發(fā)生鐵的吸氧腐蝕，鐵為負極，銅為正極，則乙裝置石墨為陽極，石墨(Ⅰ)為陰極，乙為電解池裝置，陽極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑。(5)①根據(jù)題意鎳電極有氣泡產(chǎn)生是H＋放電生成氫氣，鐵電極發(fā)生氧化反應，溶液中的OH－減少，因此電解一段時間后，c(OH－)降低的區(qū)域在陽極室。②氫氣具有還原性，根據(jù)題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原，故電解過程中須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出，防止Na2FeO4與H2反應使產(chǎn)率降低。③根據(jù)題意Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定，在M點，c(OH－)低，Na2FeO4穩(wěn)定性差，且反應慢，在N點：c(OH－)過高，鐵電極上有Fe(OH)3生成，使Na2FeO4產(chǎn)率降低。 答案：(1)0.2　(2)2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑ (3)2Cl－－2e－===Cl2↑ (4)燃燒熱值高、燃燒無污染、是可再生能源(任寫兩點) (5)①陽極室?、诜乐股傻腍2與高鐵酸鈉反應，使高鐵酸鈉的產(chǎn)率降低?、跰點：氫氧根濃度偏低，高鐵酸鈉的穩(wěn)定性差，且反應較慢(或N點：氫氧根濃度較高，鐵電極上容易生成氫氧化鐵，使高鐵酸鈉的產(chǎn)率降低) 14．Ⅰ.用圖1所示裝置實驗，U形管中a為25 mL CuSO4溶液，X、Y為電極。 (1)若X為鐵，Y為純銅，則該裝置所示意的是工業(yè)上常見的________池，陽極反應式為________________________________________________________________________。 (2)若X為純銅，Y為含有Zn、Ag、C等雜質(zhì)的粗銅，則該圖所示意的是工業(yè)上常見的____________裝置。反應過程中，a溶液的濃度________發(fā)生變化(填“會”或“不會”)。 Ⅱ.現(xiàn)代氯堿工業(yè)常用陽離子交換膜將電解槽隔成兩部分，以避免電解產(chǎn)物之間發(fā)生二次反應。圖2為電解槽示意圖。 (3)陽離子交換膜，只允許溶液中的______通過(填標號)。 ①H2?、贑l2?、跦＋?、蹸l－?、軳a＋?、轔H－ (4)寫出陽極的電極反應式：__________________________________________。 (5)已知電解槽每小時加入10%的氫氧化鈉溶液10 kg，每小時能收集到標準狀況下氫氣896 L，而且兩邊的水不能自由流通。則理論上： ①電解后流出的氫氧化鈉溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)為__________________。 ②通過導線的電量為________________。(已知NA ＝ 6.021023 mol－1，電子電荷為1.6010－19 C) 解析：(3)陽離子交換膜，只允許陽離子通過，所以H＋、Na＋可以通過。(5)m(NaOH)原＝10 kg10%＝1 kg。在陰極區(qū)，H＋放出，但又有Na＋移來，引起陰極區(qū)增重，所以有2H2O→H2～2NaOH～增重2[M(Na)－M(H)]～轉(zhuǎn)移2e－ ＝＝＝ 解得m(NaOH)生成＝3 200 g＝3.2 kg，m(溶液)增＝1 760 g＝1.76 kg，Q≈7.71106 C，故w(NaOH) ＝100%＝100%≈35.7%。 答案：(1)電鍍　Cu－2e－===Cu2＋ (2)銅的電解精煉　會　(3)③⑤ (4)2Cl－－2e－===Cl2↑　(5)①35.7%?、?.71106 C