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跟蹤檢測（十七） 電解池 金屬的腐蝕與防護 1．下列有關金屬腐蝕與防護的說法正確的是(　　) A．常溫下，斷開K時，若M溶液為濃硫酸，則鐵發(fā)生化學腐蝕 B．關閉K，若M為氯化鈉，則鐵極的電極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－ C．關閉K，若M為硫酸銨，則石墨極的電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑ D．關閉K，若M溶液為海水，石墨換成銅或銀，則叫外加電流的陰極保護法 解析：選C　常溫下，斷開K時，若M溶液為濃硫酸，金屬鐵發(fā)生鈍化，鐵受到保護，故A項錯誤；關閉K時，若M為氯化鈉，則發(fā)生金屬鐵的吸氧腐蝕，金屬鐵是負極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，故B項錯誤；關閉K時，若M為硫酸銨，則溶液呈酸性，發(fā)生金屬鐵的析氫腐蝕，金屬鐵是負極，石墨極的電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，故C項正確；關閉K時，若M溶液為海水，石墨換成銅或銀，此時金屬鐵是負極，會加快金屬Fe的腐蝕，且裝置中沒有外加電流，故D項錯誤。 2．用指定材料作電極來電解一定濃度的溶液甲，然后加入物質(zhì)乙能使溶液恢復為甲溶液原來的濃度，則合適的組合是(　　) 選項 陽極 陰極 溶液甲 物質(zhì)乙 A Pt Pt NaOH NaOH固體 B Pt Pt H2SO4 H2O C C Fe NaCl 鹽酸 D Cu C CuSO4 Cu(OH)2 解析：選B　A項中相當于電解的是水，應加入水才能恢復原來狀態(tài)，錯誤；B項中相當于電解的是水，加入水后可以恢復原來狀態(tài)，正確；C項中相當于電解的是HCl，但加入鹽酸的同時，也引入了水，不可能恢復原來狀態(tài)，錯誤；D項中陽極銅失電子，Cu2＋在陰極得電子，加入Cu(OH)2不可能恢復原來狀態(tài)，錯誤。 3．下列有關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，Al為負極，被氧化，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。 4．利用如圖所示裝置，當X、Y選用不同材料時，可將電解原理廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)。下列說法中正確的是(　　) A．氯堿工業(yè)中，X、Y均為石墨，X附近能得到NaOH B．銅的精煉中，X是純銅，Y是粗銅，Z是CuSO4 C．電鍍工業(yè)中，X是待鍍金屬，Y是鍍層金屬 D．外加電流的陰極保護法中，Y是待保護金屬 解析：選D　電解飽和食鹽水時，陰極區(qū)得到H2和NaOH，A項錯誤；電解法精煉銅時，粗銅作陽極，純銅作陰極，B項錯誤；電鍍時，應以鍍層金屬作陽極，待鍍金屬作陰極，C項錯誤。 5．電解法處理酸性含鉻廢水(主要含有Cr2O)時，以鐵板作陰、陽極，處理過程中存在反應Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去。下列說法不正確的是(　　) A．陽極反應為Fe－2e－===Fe2＋ B．電解過程中溶液pH不會變化 C．過程中有Fe(OH)3沉淀生成 D．電路中每轉移12 mol電子，最多有1 mol Cr2O被還原 解析：選B　金屬鐵作陽極，電極本身被氧化，發(fā)生反應為Fe－2e－===Fe2＋，A正確；陰極上，發(fā)生反應為2H＋＋2e－===H2↑，產(chǎn)物為H2和OH－，溶液pH變大，B錯誤；由題意知Fe2＋被氧化為Fe3＋，陰極生成的OH－會與Fe3＋結合生成Fe(OH)3 ，C正確；電路中每轉移12 mol電子，生成6 mol Fe2＋，則有1 mol Cr2O被還原，D正確。 6．加“碘”食鹽較多的使用了碘酸鉀(KIO3)，碘酸鉀在工業(yè)上可用電解法制取。以石墨和不銹鋼為電極，以KI溶液為電解液，在一定條件下電解，反應的化學方程式為KI＋3H2OKIO3＋3H2↑。下列有關說法中不正確的是(　　) A．電解時，石墨作陽極，不銹鋼作陰極 B．電解時的陽極電極反應式：I－－6e－＋3H2O===IO＋6H＋ C．當電解過程中轉移3 mol e－時，理論上可制得KIO3 107 g D．電解一段時間后，電解質(zhì)溶液的pH變小 解析：選D　不銹鋼不屬于惰性電極，作陰極時不發(fā)生反應，A項正確；由總反應方程式可知，B項正確；生成1 mol (214 g) KIO3轉移6 mol電子，C項正確；由電池反應方程式可知溶液pH不變，D項錯誤。 7．(2019揚州模擬)用如圖所示裝置除去含CN－、Cl－廢水中的CN－時，控制溶液pH為9～10，陽極產(chǎn)生的ClO－將CN－氧化為兩種無污染的氣體，下列說法不正確的是(　　) A．用石墨作陽極，鐵作陰極 B．陽極的電極反應式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O C．陰極的電極反應式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．除去CN－的反應：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O 解析：選D　A項，若鐵作陽極，則鐵失電子生成Fe2＋，則CN－無法除去，故鐵只能作陰極，正確；B項，陽極Cl－放電生成ClO－，Cl的化合價升高，故在陽極發(fā)生氧化反應，又已知該溶液呈堿性，正確；C項，陽離子在電解池的陰極得電子發(fā)生還原反應，在堿性條件下，H2O提供陽離子(H＋)，正確；D項，由于溶液是堿性條件，故除去CN－發(fā)生的反應式應為2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，錯誤。 8．圖中X為電源，Y為浸透飽和食鹽水和酚酞溶液的濾紙，濾紙中央滴有一滴KMnO4溶液，通電后Y中央的紫紅色斑向d端擴散。下列判斷正確的是(　　) A．濾紙上c點附近會變紅色 B．Cu電極質(zhì)量減小，Pt電極質(zhì)量增大 C．Z中溶液的pH先減小，后增大 D．溶液中的SO向Cu電極定向移動 解析：選A　紫紅色斑即MnO向d端擴散，根據(jù)陰離子向陽極移動的原理，可知d端為陽極，即b為正極，a為負極，c為陰極，NaCl溶液中H＋不斷放電，破壞了水的電離平衡，c(OH－)不斷增大，c點附近會變紅色，A正確；電解CuSO4溶液時，Pt為陽極，溶液中的OH－放電：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，Cu為陰極，溶液中的Cu2＋得電子，生成銅，總反應式為2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，Pt電極附近生成H＋，則SO向Pt電極移動，B、D不正確；隨著電解的進行，Z中溶液變?yōu)镠2SO4溶液，繼續(xù)電解則為電解水，H2SO4濃度增大，pH減小，C不正確。 9．下列敘述正確的是(　　) A．K與M連接時，X為硫酸，一段時間后溶液的pH增大 B．K與N連接時，X為氯化鈉，石墨電極反應：2H＋＋2e－===H2↑ C．K與N連接時，X為硫酸，一段時間后溶液的pH增大 D．K與M連接時，X為氯化鈉，石墨電極反應：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 解析：選C　K與M連接時，X為硫酸，該裝置是電解硫酸裝置，實質(zhì)為電解水，硫酸濃度增大，pH減小，A錯誤；K與N連接時，X為氯化鈉，該裝置是原電池，鐵作負極，石墨作正極，電極反應為2H2O＋O2＋4e－===4OH－，B錯誤；K與N連接時，X為硫酸，該裝置是原電池，石墨作正極，電極反應：2H＋＋2e－===H2↑，鐵作負極，電極反應：Fe－2e－===Fe2＋，c(H＋)降低，pH增大，C正確；K與M連接時，X為氯化鈉，該裝置是電解池，石墨作陽極，鐵作陰極，陽極上電極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑，D錯誤。 10．某同學組裝了如圖所示的電化學裝置。電極Ⅰ為Al，其他電極均為Cu，則(　　) A．電流方向：電極Ⅳ→?→電極Ⅰ B．電極Ⅰ發(fā)生還原反應 C．電極Ⅱ逐漸溶解 D．電極Ⅲ的電極反應：Cu2＋＋2e－===Cu 解析：選A　首先應根據(jù)圖示判斷左邊兩池通過鹽橋構成原電池，產(chǎn)生電流對右邊硫酸銅溶液進行電解(相當于精煉銅)。電極Ⅰ為負極，電極Ⅱ為正極，所以電流方向：電極Ⅳ→?→電極Ⅰ(電流方向與電子流動方向相反)，A正確；電極Ⅰ上鋁失電子發(fā)生氧化反應，B錯誤；電極Ⅱ上有銅析出，C錯誤；電極Ⅲ的電極反應：Cu－2e－===Cu2＋，D錯誤。 11．鋼鐵是目前應用最廣泛的金屬材料，了解鋼鐵腐蝕的原因與防護方法具有重要意義，對鋼鐵制品進行抗腐蝕處理，可適當延長其使用壽命。 (1)抗腐蝕處理前，生產(chǎn)中常用鹽酸來除鐵銹?，F(xiàn)將一表面生銹的鐵件放入鹽酸中，當鐵銹除盡后，溶液中發(fā)生的化合反應的化學方程式為________________________________。 (2)利用如圖裝置，可以模擬鐵的電化學防護。 ①若X為碳棒，為減緩鐵件的腐蝕，開關K應置于________處。 ②若X為鋅，開關K置于M處，該電化學防護法稱為__________________。 (3)圖中若X為粗銅，容器中海水替換為硫酸銅溶液，開關K置于N處，一段時間后，當鐵件質(zhì)量增加3.2 g時，X電極溶解的銅的質(zhì)量________3.2 g(填“<”“>”或“＝”)。 (4)圖中若X為銅，容器中海水替換為FeCl3溶液，開關K置于M處，銅電極發(fā)生的反應是__________________，若將開關K置于N處，發(fā)生的總反應是________________________________________________________________________。 解析：(1)鐵銹的成分為Fe2O3，能和鹽酸反應生成FeCl3和水，當鐵銹除盡后，溶液中發(fā)生的化合反應的化學方程式為Fe＋2FeCl3===3FeCl2。(2)①若X為碳棒，由于Fe比較活潑，為減緩鐵的腐蝕，應使Fe為電解池的陰極即連接電源的負極，故K連接N處。②若X為鋅，開關K置于M處，Zn為負極被腐蝕，F(xiàn)e為正極被保護，該防護法稱為犧牲陽極的陰極保護法。(3)若X為粗銅，容器中海水替換為硫酸銅溶液，開關K置于N處，一段時間后，當鐵件質(zhì)量增加3.2 g時，由于粗銅中有雜質(zhì)參加反應，所以X電極溶解的銅的質(zhì)量<3.2 g。(4)若X為銅，容器中海水替換為FeCl3溶液，開關K置于M處，此時構成原電池裝置，銅電極為正極，發(fā)生的反應是2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋；若將開關K置于N處，此時構成電解池裝置，銅為陽極，銅本身被氧化而溶解，陰極鐵離子被還原，發(fā)生的總反應式Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。 答案：(1)Fe＋2FeCl3===3FeCl2 (2)①N?、跔奚枠O的陰極保護法　(3)< (4)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋ 12．(1)電解法處理含氮氧化物廢氣，可回收硝酸，具有較高的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。實驗室模擬電解法吸收NOx的裝置如圖1所示(圖中電極均為石墨電極)。若用NO2氣體進行模擬電解法吸收實驗。 ①寫出電解時NO2發(fā)生反應的電極反應式：_________________________________。 ②若有標準狀況下2.24 L NO2被吸收，通過陽離子交換膜(只允許陽離子通過)的H＋為________mol。 (2)電解硝酸工業(yè)的尾氣NO可制備NH4NO3，其工作原理如圖2。 ①陰極的電極反應式為__________________________________。 ②將電解生成的HNO3全部轉化為NH4NO3，則通入的NH3與實際參加反應的NO的物質(zhì)的量之比至少為________。 (3)MnSO4是重要微量元素肥料。用惰性電極電解MnSO4溶液可以制得更好活性的MnO2，電解時總反應的離子方程式為______________________________________________，電解過程中陰極附近的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。 解析：(1)由圖1可知，電解時NO2發(fā)生氧化反應可回收HNO3，據(jù)電荷守恒和原子個數(shù)守恒，結合介質(zhì)環(huán)境可得電極反應式NO2－e－＋H2O===NO＋2H＋，標準狀況下2.24 L NO2即0.1 mol參加反應，轉移電子數(shù)為0.1 mol，陰極生成H2消耗H＋為0.1 mol，則通過陽離子交換膜的H＋為0.1 mol。(2)由圖2可知，陰極NO轉化成NH，且介質(zhì)環(huán)境為酸性，據(jù)電荷守恒和原子個數(shù)守恒可得NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，同理可得陽極電極反應式為NO＋2H2O－3e－===NO＋4H＋，總反應為8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3,8 mol NO生成2HNO3，生成的2 mol HNO3消耗2 mol NH3，則通入的NH3與實際參加反應的NO的物質(zhì)的量之比至少為1∶4。(3)用惰性電極電解MnSO4溶液可以制得更好活性的MnO2，可知陽極電極反應式為Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，陰極電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，可得總反應Mn2＋＋2H2OMnO2＋H2↑＋2H＋，電解過程中陰極附近的pH增大。 答案：(1)①NO2－e－＋H2O===NO＋2H＋?、?.1 (2)①NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O?、?∶4 (3)Mn2＋＋2H2OMnO2＋H2↑＋2H＋　增大 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： (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)各電極轉移電子數(shù)相同，則對應單質(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，即各電極轉移電子物質(zhì)的量為0.05 mol，所以丙中析出銀的質(zhì)量為0.05 mol108 gmol－1＝5.4 g；甲裝置中由于電解產(chǎn)生H＋，導致溶液的酸性增強，pH變小。(4)若將C電極換為鐵，則鐵作陽極發(fā)生反應：Fe－2e－===Fe2＋，D極發(fā)生反應：Cu2＋＋2e－===Cu，則總反應的離子方程式為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＋