2019年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第六章 化學(xué)反應(yīng)與能量 課時(shí)梯級(jí)作業(yè)十九 6.3 電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù).doc

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2019年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第六章 化學(xué)反應(yīng)與能量 課時(shí)梯級(jí)作業(yè)十九 6.3 電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù) 一、選擇題(本題包括7小題,每題6分,共42分) 1.(xx赤峰模擬)下列描述中,不符合生產(chǎn)實(shí)際的是 (　　) A.一元硬幣材料為鋼芯鍍鎳,硬幣制作時(shí),鋼芯應(yīng)作陰極 B.合金的熔點(diǎn)都低于它的成分金屬,合金的耐腐蝕性也不一定比其成分金屬?gòu)?qiáng) C.電解飽和食鹽水制燒堿,用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極 D.銅板上的鐵鉚釘處在潮濕的空氣中直接發(fā)生反應(yīng):Fe-3e- Fe3+,繼而形成鐵銹 【解析】選D。鋼芯鍍鎳硬幣制作時(shí),鎳作陽(yáng)極,鋼芯應(yīng)作陰極,A正確;合金的熔點(diǎn)都低于它的成分金屬,合金的耐腐蝕性也不一定比其成分金屬?gòu)?qiáng),B正確;電解飽和食鹽水用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極,C正確;銅板上的鐵鉚釘處在潮濕的空氣中發(fā)生電化學(xué)腐蝕:Fe-2e-Fe2+,D錯(cuò)誤。 2.(xx呂梁模擬)關(guān)于圖中裝置說(shuō)法正確的是 (　　) A.裝置中電子移動(dòng)的途徑:負(fù)極→Fe→M溶液→石墨→正極 B.若M為NaCl溶液,通電一段時(shí)間后,溶液中可能有NaClO C.若M為FeCl2溶液,可以實(shí)現(xiàn)石墨上鍍鐵 D.若M是海水,該裝置是通過(guò)“犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法”使鐵不被腐蝕 【解析】選B。裝置中電子移動(dòng)的途徑:負(fù)極→Fe電極,石墨→正極,溶液中通過(guò)離子導(dǎo)電而不是電子,A錯(cuò)誤;若M為NaCl溶液,通電一段時(shí)間后,陽(yáng)極產(chǎn)生Cl2,溶液中的NaOH與陽(yáng)極產(chǎn)生的Cl2發(fā)生反應(yīng)生成NaCl和NaClO,所以溶液中可能有NaClO,B正確;若M為FeCl2溶液,在陽(yáng)極,溶液中的F失去電子變?yōu)镕,所以不可能實(shí)現(xiàn)石墨上鍍鐵,C錯(cuò)誤;若M是海水,該裝置是電解池,是通過(guò)外加電流的陰極保護(hù)法使鐵不被腐蝕,不是通過(guò)“犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法”,D錯(cuò)誤。 【加固訓(xùn)練】 　　下列有關(guān)電化學(xué)裝置的說(shuō)法正確的是 (　　) A.用圖1裝置處理銀器表面的黑斑(Ag2S),銀器表面發(fā)生的反應(yīng)為Ag2S+2e-2Ag+S2- B.用圖2裝置電解一段時(shí)間后,銅電極部分溶解,溶液中銅離子的濃度基本不變 C.圖3裝置中若直流電源的X極為負(fù)極,則該裝置可實(shí)現(xiàn)粗銅的電解精煉 D.圖4裝置中若M是銅,則該裝置能防止鐵被腐蝕 【解析】選A。題圖1裝置中,銀器、鋁與食鹽水構(gòu)成原電池,銀器是正極,銀器上的Ag2S發(fā)生還原反應(yīng)生成銀,A項(xiàng)正確;題圖2裝置中,銅電極是陰極,銅不參與電極反應(yīng),B項(xiàng)錯(cuò)誤;題圖3裝置中若X極為負(fù)極,則粗銅是陰極,電解精煉銅時(shí)粗銅應(yīng)作陽(yáng)極,C項(xiàng)錯(cuò)誤;題圖4裝置中,鐵作負(fù)極,鐵被腐蝕,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 3.深埋在潮濕土壤中的鐵管道,在硫酸鹽還原菌作用下,能被硫酸根腐蝕,其電化學(xué)腐蝕原理如圖所示,下列與此原理有關(guān)的說(shuō)法錯(cuò)誤的是 (　　) A.正極反應(yīng)為S+5H2O+8e-HS-+9OH- B.輸送暖氣的管道不易發(fā)生此類(lèi)腐蝕 C.這種情況下,Fe腐蝕的最終產(chǎn)物為Fe2O3xH2O D.管道上刷富鋅油漆可以延緩管道的腐蝕 【解析】選C。A.原電池的正極發(fā)生還原反應(yīng),由圖示可知發(fā)生的電極反應(yīng)為S+5H2O+8e-HS-+9OH-,故A正確;B.硫酸鹽還原菌是蛋白質(zhì),在高溫下易變性,失去催化效率,則輸送暖氣的管道不易發(fā)生此類(lèi)腐蝕,故B正確;C.由圖示可知,Fe腐蝕的最終產(chǎn)物為FeO,故C錯(cuò)誤;D.管道上刷富鋅油漆,形成Zn-Fe原電池,Fe變?yōu)檎龢O,可以延緩管道的腐蝕,故D正確。 4.(xx婁底模擬)利用如圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),甲、乙兩池均為1 molL-1的AgNO3溶液,A、B均為Ag電極。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始先閉合K1,斷開(kāi)K2,一段時(shí)間后,斷開(kāi)K1,閉合K2,形成濃差電池,電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)(Ag+濃度越大,氧化性越強(qiáng))。下列說(shuō)法不正確的是 (　　) A.閉合K1,斷開(kāi)K2后,A極質(zhì)量增大 B.閉合K1,斷開(kāi)K2后,乙池溶液濃度增大 C.斷開(kāi)K1,閉合K2后,N向B極移動(dòng) D.斷開(kāi)K1,閉合K2后,A極發(fā)生氧化反應(yīng) 【解析】選C。A項(xiàng),閉合K1,斷開(kāi)K2后,形成電解池,A為陰極,Ag+發(fā)生還原反應(yīng)生成銀,A極質(zhì)量增大,正確;B項(xiàng),陽(yáng)極金屬銀被氧化,c(Ag+)增大,N向陽(yáng)極移動(dòng),乙池溶液濃度增大,正確;C項(xiàng),斷開(kāi)K1,閉合K2后,形成濃差電池,由上述分析可知B為正極,A為負(fù)極,N向負(fù)極移動(dòng),錯(cuò)誤;D項(xiàng),A為負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),正確。 5.在微生物作用下電解有機(jī)廢水(含CH3COOH ),可獲得清潔能源H2。其原理如圖所示。不正確的是 (　　) A.通電后,H+通過(guò)質(zhì)子交換膜向右移動(dòng),最終右側(cè)溶液pH減小 B.電源B極為負(fù)極 C.與電源A極相連的惰性電極上發(fā)生的反應(yīng)為 CH3COOH-8e-+2H2O2CO2↑+8H+ D.通電后,若有0 .1 mol H2生成,則轉(zhuǎn)移0.2 mol 電子 【解析】選A。在陰極上氫離子得電子生成氫氣,但是陽(yáng)離子氫離子會(huì)經(jīng)過(guò)交換膜進(jìn)入陰極室,陰極室的pH幾乎保持不變,A錯(cuò)誤;右側(cè)產(chǎn)生氫氣,說(shuō)明是陰極,右側(cè)B電極是電源的負(fù)極,B正確;在陽(yáng)極上CH3COOH失電子生成二氧化碳,電極反應(yīng)式為CH3COOH-8e-+2H2O2CO2↑+8H+,C正確;在陰極上氫離子得電子生成氫氣,即2H++2e-H2↑,因此若有0.1 mol H2生成,則轉(zhuǎn)移0.2 mol 電子,D正確。 6.(xx寶雞模擬)鐵鉻氧化還原液流電池是一種低成本的儲(chǔ)能電池,電池結(jié)構(gòu)如圖所示,工作原理為Fe3++Cr2+Fe2++Cr3+。下列說(shuō)法正確的是 (　　) A.電池充電時(shí),b極的電極反應(yīng)式為Cr3++e-Cr2+ B.電池充電時(shí),Cl-從a極穿過(guò)選擇性透過(guò)膜移向b極 C.電池放電時(shí),a極的電極反應(yīng)式為Fe3++3e-Fe D.電池放電時(shí),電路中每通過(guò)0.1 mol電子,Fe3+濃度降低0.1 molL-1 【解析】選A。由圖可知,正極(FeCl3/FeCl2+鹽酸)、負(fù)極(CrCl3/CrCl2),負(fù)極反應(yīng)為Cr2+-e-Cr3+,正極反應(yīng)為Fe3++e-Fe2+。充電時(shí),b極為陰極,發(fā)生還原反應(yīng):Cr3++e-Cr2+,A正確;充電時(shí),為電解池,a極(陽(yáng)極)反應(yīng)為Fe2+-e-Fe3+,Cl-由b極移向a極,B、C錯(cuò)誤;沒(méi)有溶液的體積,無(wú)法計(jì)算濃度變化,D錯(cuò)誤。 7.(能力挑戰(zhàn)題)用石墨電極完成下列電解實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)二 裝置 現(xiàn)象 a、d處試紙變藍(lán);b處變紅,局部褪色;c處無(wú)明顯變化 兩個(gè)石墨電極附近有氣泡產(chǎn)生;n處有氣泡產(chǎn)生;…… 下列對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋或推測(cè)不合理的是(　　) A.a、d處:2H2O+2e-H2↑+2OH- B.b處:2Cl--2e-Cl2↑ C.c處發(fā)生了反應(yīng):Fe-2e-Fe2+ D.根據(jù)實(shí)驗(yàn)一的原理,實(shí)驗(yàn)二中m處能析出銅 【解析】選B。a、d處試紙變藍(lán),說(shuō)明溶液顯堿性,是溶液中的氫離子得到電子生成氫氣,氫氧根離子剩余造成的,故A正確;b處變紅,局部褪色,說(shuō)明是溶液中的Cl-失去電子生成Cl2,Cl2溶于水生成HCl和HClO,使溶液呈酸性,pH試紙變紅,HClO具有漂白性,使試紙局部褪色,因此b處發(fā)生的反應(yīng)有:2Cl--2e- Cl2↑,Cl2+H2OHClO+H++Cl-,故B錯(cuò)誤;c處為陽(yáng)極,鐵失去電子生成亞鐵離子,故C正確;實(shí)驗(yàn)一中a、c形成電解池,d、b形成電解池,所以實(shí)驗(yàn)二中相當(dāng)于形成三個(gè)電解池(一個(gè)球兩面為不同的兩極),m為電解池的陰極,另一球朝m的一面為陽(yáng)極(n的背面),相當(dāng)于電鍍,即m上有銅析出,故D項(xiàng)正確。 【易錯(cuò)提醒】 (1)由實(shí)驗(yàn)一的現(xiàn)象,推理可知a、b、c、d分別為陰極、陽(yáng)極、陽(yáng)極、陰極。 (2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)一、二的現(xiàn)象可以分析出這是多個(gè)“串聯(lián)電路的電解池”,實(shí)驗(yàn)一的圖可以表示如下: 二、非選擇題(本題包括4小題,共58分) 8.(12分)以H2、O2、熔融鹽Na2CO3組成燃料電池,采用電解法制備Fe(OH)2,裝置如圖所示,其P端通入CO2。 (1)石墨Ⅰ電極上的電極反應(yīng)式為_(kāi)_____________________。 (2)通電一段時(shí)間后,右側(cè)玻璃管中產(chǎn)生大量的白色沉淀,且較長(zhǎng)時(shí)間不變色,則下列說(shuō)法中正確的是________(填序號(hào))。 A.X、Y兩端都必須用鐵作電極 B.可以用NaOH溶液作電解液 C.陰極發(fā)生的反應(yīng)是2H++2e-H2↑ D.白色沉淀只能在陽(yáng)極上產(chǎn)生 (3)若將所得Fe(OH)2沉淀暴露在空氣中,則其顏色變化為_(kāi)_______,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)_ __。 【解析】(1)石墨Ⅰ電極為負(fù)極,H2發(fā)生氧化反應(yīng),且C向負(fù)極移動(dòng)參與反應(yīng)。 (2)電解法制備Fe(OH)2,陽(yáng)極(Y)必須用Fe作電極,陰極(X)可以不用Fe作電極,A錯(cuò)誤;電解質(zhì)溶液可以為堿溶液,B正確;陰極上H+發(fā)生還原反應(yīng),C正確;白色沉淀不一定在陽(yáng)極區(qū)生成,D錯(cuò)誤。 (3)Fe(OH)2暴露在空氣中,會(huì)被空氣中的氧氣氧化為Fe(OH)3,現(xiàn)象為白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色,最終變?yōu)榧t褐色。 答案:(1)H2-2e-+CCO2+H2O (2)B、C (3)白色沉淀迅速變成灰綠色,最終變成紅褐色 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3 9.(15分)(xx景德鎮(zhèn)模擬)(1)用間接電化學(xué)法除去NO的過(guò)程,如圖所示: 已知電解池的陰極室中溶液的pH在4～7之間,寫(xiě)出陰極的電極反應(yīng)式:______ _____________________。 用離子方程式表示吸收池中除去NO的原理:__________________________。 (2)目前已開(kāi)發(fā)出電解法制取ClO2的新工藝。 ①用石墨作電極,在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2(如圖所示),寫(xiě)出陽(yáng)極產(chǎn)生ClO2的電極反應(yīng)式:_________________________。 ②電解一段時(shí)間,當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體體積為112 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí),停止電解,通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子的物質(zhì)的量為_(kāi)_______ mol;用平衡移動(dòng)原理解釋陰極區(qū)pH增大的原因:________________________________。 【解析】(1)陰極發(fā)生還原反應(yīng),是亞硫酸氫根離子得電子生成S2,電極反應(yīng)式為2HS+2e-+2H+S2+2H2O; S2與一氧化氮發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成氮?dú)夂蛠喠蛩釟涓?離子反應(yīng)方程式為2NO+2S2+2H2ON2+4HS。 (2)①由題意可知,氯離子放電生成ClO2,由元素守恒可知,有水參加反應(yīng),同時(shí)生成氫離子,電極反應(yīng)式為Cl--5e-+2H2OClO2↑+4H+。②在陰極發(fā)生2H++2e- H2↑,氫氣的物質(zhì)的量為0.005 mol,通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子為+1價(jià)離子,通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的陽(yáng)離子的物質(zhì)的量為0.005 mol2=0.01 mol,電解時(shí)陰極H+濃度減小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移動(dòng),溶液的pH增大。 答案:(1)2HS+2e-+2H+S2+2H2O 2NO+2S2+2H2ON2+4HS (2)①Cl--5e-+2H2OClO2↑+4H+ ②0.01　在陰極發(fā)生2H++2e-H2↑,H+濃度減小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移動(dòng),OH-濃度增大,pH增大 10.(15分)利用電化學(xué)原理,將NO2、O2和熔融KNO3制成燃料電池,模擬工業(yè)電解法來(lái)處理含Cr2廢水,如圖所示;電解過(guò)程中溶液發(fā)生反應(yīng):Cr2+6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O。 (1)甲池工作時(shí),NO2轉(zhuǎn)變成綠色硝化劑Y,Y是N2O5,可循環(huán)使用。則石墨Ⅱ是電池的______極;石墨Ⅰ附近發(fā)生的電極反應(yīng)式為_(kāi)_ __。 (2)工作時(shí),甲池內(nèi)的N向________極移動(dòng)(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”);在相同條件下,消耗的O2和NO2的體積比為_(kāi)_______。 (3)乙池中Fe(Ⅰ)棒上發(fā)生的電極反應(yīng)為 __。 (4)若溶液中減少了0.01 mol Cr2,則電路中至少轉(zhuǎn)移了________mol電子。 (5)向完全還原為Cr3+的乙池工業(yè)廢水中滴加NaOH溶液,可將鉻以Cr(OH)3沉淀的形式除去,已知Cr(OH)3存在以下溶解平衡:Cr(OH)3(s)Cr3+(aq)+3OH-(aq),常溫下Cr(OH)3的溶度積Ksp=c(Cr3+)c3(OH-)=1.010-32,要使c(Cr3+)降至 10-5 molL-1,溶液的pH應(yīng)調(diào)至________。 【解析】(1)根據(jù)圖示知甲池為燃料電池,電池工作時(shí),石墨Ⅰ附近NO2轉(zhuǎn)變成N2O5,發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為NO2+N-e-N2O5;石墨Ⅱ是電池的正極,O2得電子發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為O2+4e-+2N2O54N。 (2)電池工作時(shí),電解質(zhì)溶液中的陰離子移向負(fù)極,即甲池內(nèi)的N向石墨Ⅰ極移動(dòng);根據(jù)兩極的電極反應(yīng)式NO2+N-e-N2O5、O2+4e-+2N2O54N,根據(jù)得失電子守恒知,在相同條件下,消耗O2和NO2的體積比為1∶4。 (3)乙池為電解池,Fe(Ⅰ)棒為電解池的陽(yáng)極,發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe-2e-Fe2+。 (4)根據(jù)反應(yīng)Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O知,若溶液中減少了0.01 mol Cr2,則參加反應(yīng)的Fe2+為0.06 mol,根據(jù)電極反應(yīng):Fe-2e-Fe2+知電路中至少轉(zhuǎn)移了0.12 mol電子。 (5)常溫下Cr(OH)3的溶度積Ksp=c(Cr3+)c3(OH-)=1.010-32,c(Cr3+)=10-5 molL-1,則c3(OH-)=1.010-27,c(OH-)=1.010-9 molL-1,c(H+)=10-5 molL-1,溶液的pH應(yīng)調(diào)至5。 答案:(1)正　NO2+N-e-N2O5 (2)石墨Ⅰ　1∶4　(3)Fe-2e-Fe2+ (4)0.12　(5)5 11.(16分)(能力挑戰(zhàn)題)鉛蓄電池在日常生活中應(yīng)用廣泛?；卮鹣铝袉?wèn)題: (1)鉛蓄電池放電時(shí)的工作原理為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,現(xiàn)用如圖裝置進(jìn)行電解(電解液足量),測(cè)得當(dāng)鉛蓄電池中轉(zhuǎn)移0.4 mol電子時(shí)鐵電極的質(zhì)量減少11.2 g。請(qǐng)回答下列問(wèn)題: ①A是鉛蓄電池的________極,鉛蓄電池正極反應(yīng)式為_(kāi)___________。 ②Ag電極的電極反應(yīng)式是_____________________,該電極的電極產(chǎn)物共________g。 ③Cu電極的電極反應(yīng)式是______________________,CuSO4溶液的濃度________(填“減小”“增大”或“不變”)。 (2)鉛蓄電池的PbO2可由PbO與次氯酸鈉溶液反應(yīng)制得,反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________;PbO2也可以石墨為電極,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液為電解液制取。陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_(kāi)____________________________, 陰極上觀察到的現(xiàn)象是____________________________________________; 若電解液中不加入Cu(NO3)2,陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_(kāi)_________________, 這樣做的主要缺點(diǎn)是____________________________________________。 (3)將Na2S溶液加入如圖所示的電解池的陽(yáng)極區(qū),用鉛蓄電池進(jìn)行電解,電解過(guò)程中陽(yáng)極區(qū)發(fā)生如下反應(yīng):S2--2e-S,(n-1)S+S2-。 電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式:___________________。電解后陽(yáng)極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì),其離子方程式可寫(xiě)成_____________。 【解析】(1)①因電解過(guò)程中鐵電極質(zhì)量減少,判斷A是電源負(fù)極,B是電源正極,鉛蓄電池正極反應(yīng)式為PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O。 ②電解時(shí)Ag極作陰極,發(fā)生2H++2e-H2↑,轉(zhuǎn)移0.4 mol電子時(shí),析出氫氣0.4 g。 ③右側(cè)U形管相當(dāng)于電鍍裝置,Zn電極作陰極,電極反應(yīng)式為Cu2++2e-Cu,銅電極作陽(yáng)極,電極反應(yīng)式為Cu-2e-Cu2+,電鍍過(guò)程中CuSO4溶液的濃度保持不變。 (2)根據(jù)電子得失守恒可得PbO+ClO-PbO2+Cl-。用電解法制PbO2,Pb價(jià)態(tài)升高,PbO2應(yīng)為陽(yáng)極產(chǎn)物,即Pb2++2H2O-2e-PbO2↓+4H+;陰極Cu2+放電,在石墨極上析出銅;若不加Cu(NO3)2,則陰極為Pb2+放電,損失Pb2+,不能有效利用Pb2+。 (3)陰極只有H+得電子生成H2;反應(yīng)物為、H+,產(chǎn)物有S,所以中S的化合價(jià)既升高也降低,有H2S生成,配平即可。 答案:(1)①負(fù)　 PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O ②2H++2e-H2↑　 0.4 ③Cu-2e-Cu2+　 不變 (2)PbO+ClO-PbO2+Cl- Pb2++2H2O-2e-PbO2↓+4H+ 石墨上析出金屬 Pb2++2e-Pb↓ 不能有效利用Pb2+ (3)2H++2e-H2↑ +2H+(n-1)S↓+H2S↑