选修4第四章第二讲电解池金属的电化学腐蚀与防护

1必修4第四章第二讲电解池金属的电化学腐蚀与防护(计时：45分钟满分：100分)一、选择题(本大题共10小题，每小题5分，共50分)1．下列说法正确的是()A．氯碱工业中，烧碱在阳极区生成B．电解熔融氯化铝制取金属铝C．电镀时，用镀层金属作阳极D．将钢闸门与外电源正极相连，可防止其腐蚀解析A项，阳极是氯离子放电，生成氯气，阴极是氢离子放电生成氢气，同时生成氢氧化钠，错误；B项，金属铝的制取是电解熔融的氧化铝，错误；C项，电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，正确；D项，将钢闸门与外接电源负极相连，是外接电源的阴极保护法，错误。答案C2．(2015·湖南检测)某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al电极，其他均为Cu电极，则下列叙述正确的是()A．电子流动方向：电极Ⅳ→A→电极ⅠB．电极Ⅰ发生氧化反应C．电极Ⅱ质量不变D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu解析由题给装置可知，左边烧杯和中间烧杯组成一个原电池装置，Al作负极，Cu作正极，右边烧杯是一个电解池装置。电子从负极流出，即电子流动方向：电极Ⅰ→A→电极Ⅳ，A项错误；电极Ⅰ是负极，发生氧化反应，B项正确；电极Ⅱ上Cu2＋得电子生成单质铜，电极Ⅱ质量增加，C项错误；电极Ⅲ与原电池的正极相连，是阳极，发生反应Cu－2e－===Cu2＋，D项错误。答案B3．下列关于电解NaNO3溶液的叙述正确的是()A．随着电解的进行，溶液的pH减小B．OH－向阳极移动，阳极附近溶液呈碱性C．NO－3向阳极移动，Na＋向阴极移动，分别在对应的电极上放电D．阴极上H＋得电子被还原成H2，使阴极附近的溶液呈碱性解析2H2O=====电解2H2↑＋O2↑，电解的过程中溶液pH不变，A项错；阳极因4OH－－4e－===O2↑＋2H2O而破坏附近水的电离使c(H＋)c(OH－)呈酸性，B项错；在阴、阳极上分别是H＋、OH－放电，C项错。答案D4．下面有关电化学的图示，完全正确的是()2解析在Cu－Zn原电池中，Zn为负极，A项错误；电解精炼铜时粗铜为阳极，精铜为阴极，B项错误；在铁上镀锌时，应让镀层金属锌作阳极，镀件铁作阴极，C项错误；电解饱和食盐水时阳极上产生Cl2，可用淀粉碘化钾溶液检验，阴极上产生的H2可用向下排空气法收集后点燃验证，生成的NaOH用酚酞检验，D项正确。答案D5．如图所示，a、b是两根石墨棒。下列叙述正确的是()A．a是正极，发生还原反应B．b是阳极，发生氧化反应C．稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变D．往滤纸上滴加酚酞试液，a极附近颜色变红解析a是阳极，发生氧化反应；b是阴极，发生还原反应；在反应过程中，硫酸根离子没有参与反应，因此稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变；往滤纸上滴加酚酞试液，b极附近颜色变红。答案C6．下列有关电化学装置的说法正确的是()3A．利用图a装置处理银器表面的黑斑Ag2S，银器表面发生的反应为Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－B．图b电解一段时间，铜电极溶解，石墨电极上有亮红色物质析出C．图c中的X极若为负极，则该装置可实现粗铜的精炼D．图d中若M是海水，该装置是通过“牺牲阳极的阴极保护法”使铁不被腐蚀解析A项，铝作负极，Ag2S作正极得电子生成Ag，正确；B项，铜接电源负极，为阴极，质量增加，错误；C项，电解精炼铜，粗铜作阳极应接电源的正极，错误；D项，“牺牲阳极的阴极保护法”是应用原电池工作原理，此为电解池，错误。答案A7．下列有关金属腐蚀与保护的说法正确的是()A．铁上镀锌的保护方法叫牺牲负极的正极保护法B．相同条件下，轮船在海水中比在淡水中腐蚀慢C．水库里钢闸门与电源负极相连的方法叫作外加电流的阴极保护法D．钢铁在潮湿空气中发生吸氧腐蚀，负极反应为Fe－3e－===Fe3＋解析A项，铁上镀锌是覆盖保护膜的方法，错误；B项，海水中电解质浓度大，导电性好，易形成原电池，发生腐蚀速率快，错误；D项，Fe被氧化成Fe2＋，错误。答案C8．原电池与电解池在生活和生产中有着广泛应用。下列有关判断中错误的是()A．装置①研究的是电解CuCl2溶液，b电极上有红色固体析出B．装置②研究的是金属的吸氧腐蚀，Fe上的反应为Fe－2e－===Fe2＋C．装置③研究的是电解饱和食盐水，B电极发生的反应：2Cl－－2e－===Cl2↑D．三个装置中涉及的主要反应都是氧化还原反应解析装置②中右边导气管中液面上升，说明左边大试管中氧气减少，B项正确；由电源正负极可知B电极发生得电子的还原反应，C项错误。答案C9.4图中X为电源，Y为浸透饱和硫酸钠溶液的滤纸，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．c电极的电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑B．Cu电极质量减小，Pt电极质量增大C．Z中溶液的pH先减小，后增大D．a为电源正极，b为电源负极解析根据Y中央的紫红色斑向d端扩散，可知a为负极，b为正极，D项错误；c为阴极，电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑，A项正确；在Z装置中Cu为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，质量增大，Pt电极为阳极，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，质量不变，电解一段时间后，溶液的pH减小，不可能增大，故B、C项错误。答案A10．右图装置中X和Y均为石墨电极，电解液为500mL某蓝色溶液，电解一段时间，观察到X电极表面有红色的固态物质生成，Y电极有无色气体生成；溶液中原有溶质完全电解后，停止电解，取出X电极，洗涤、干燥、称量，电极增重1.6g。下列有关说法中不正确的是()A．X电极是阴极B．Y电极产生气体的体积为0.224L(标准状况下)C．电解后溶液的pH＝1D．要使电解后溶液恢复到电解前的状态，需加入一定量的CuO或CuCO3解析由蓝色溶液和红色固体可知电解质溶液为铜盐，X电极为阴极，发生Cu2＋＋2e－===Cu，n(Cu)＝0.025mol，Y为阳极，无色气体为O2，发生4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，依据得失电子守恒生成n(O2)＝0.0125mol，在标准状况下体积为0.28L，消耗n(OH－)＝0.05mol，生成n(H＋)＝0.05mol，c(H＋)＝0.1mol·L－1，C、D项正确。答案B二、非选择题(本大题共4小题，共50分)11．(12分)(1)在298K时，1molCH4在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和液态水，放出热量890.0kJ。写出该反应的热化学方程式____________________________________________________________________________________________。现有CH4和CO的混合气体0.75mol，完全燃烧后，生成CO2气体和18g液态水，并放出515kJ热量，则CH4和CO的物质的量分别为________mol、________mol。(2)利用甲烷的燃烧反应设计一个燃料电池：用氢氧化钾溶液作电解质溶液，多孔石墨作电极，在电极5上分别通入甲烷和氧气。通入甲烷气体的电极应为________极(填“正”或“负”)，该电极上发生的电极反应是________(填字母)。a．CH4－e－＋2O2===CO2＋2H2Ob．CH4－8e－＋10OH－===CO2－3＋7H2Oc．O2＋2H2O＋4e－===4OH－d．O2－4e－＋4H＋===2H2O(3)在如图所示实验装置中，石墨电极上的电极反应式为____________________________________________________________________________________；如果起始时烧杯盛有1000mLpH＝5的硫酸铜溶液(25℃，CuSO4足量)，一段时间后溶液的pH变为1，此时可观察到的现象是_______________________________________________________________________________；若要使溶液恢复起始浓度(温度不变，忽略溶液体积的变化)，可向溶液中加入________(填物质名称)，其质量约为________。解析(1)生成的水为18g即1mol，故甲烷为0.5mol，由此可确定CO为0.25mol。(2)CH4在负极上失去电子，在碱性条件下碳元素转化为CO2－3，氢元素转化为H2O，由此可确定对应的电极反应。(3)石墨电极作阳极，溶液中的OH－失去电子生成O2，Cu2＋在铁电极上得到电子生成Cu单质析出，相应的现象为石墨电极上有气体生成，铁电极上有红色固体析出，溶液颜色变浅；当pH＝1时，溶液中n(H＋)＝0.1mol，原溶液pH＝5，溶液中n(H＋)＝10－5mol，故电解生成的n(H＋)＝0.1mol－10－5mol≈0.1mol，由2CuSO4＋2H2O=====通电2Cu＋O2↑＋2H2SO4知，有0.05mol硫酸铜被电解了，故需要加入0.05molCuO或0.05molCuCO3(质量为4g或6.2g)才能使溶液恢复起始浓度。答案(1)CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890.0kJ/mol0.50.25(2)负b(3)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(或写成2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)石墨电极表面有气泡产生，铁电极上附着一层红色物质，溶液颜色变浅(按3个现象给分)氧化铜(或碳酸铜)4g(或6.2g)12．(12分)将含有CuSO4、NaCl、KNO3各1mol的溶液分别置于甲、乙、丙三个烧杯中进行电解(电极均为石墨且质量相等)，如图1所示。接通电源一段时间后，b电极质量增加；常温下，三个烧杯中溶液的pH随通电时间的变化如图2。(1)M是直流电源的________(填“正极”或“负极”)；c电极的电极反应式为________________________________________________________________________。(2)0～t1s内，e电极上生成的气体在标准状况下的体积为________L，t1s时，电极b、c的质量差为6________g。(3)t2s时，若将直流电源正、负极对调，则电解至各电极质量均不再发生变化的过程中，a电极的电极反应式为__________________________________________________________________________________________________。解析(1)由于b电极质量增加，所以b是阴极，则N是电源负极，M是电源正极。c是阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。(2)观察图2，t1s时乙对应的曲线斜率改变，即Cl－放电结束，则电路中转移1mol电子。0～t1s内e电极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，根据得失电子守恒可计算出O2为0.25mol，标准状况下为5.6L。b电极析出0.5molCu，因此电极b、c的质量差为32g。(3)“电解至各电极质量均不再发生变化”实际上意味着b电极上附着的铜重新溶解。此时a为阴极，先发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，在此过程中阳极生成的Cu2＋会逐渐移向阴极放电，发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu。答案(1)正极2Cl－－2e－===Cl2↑(2)5.632(3)2H＋＋2e－===H2↑、Cu2＋＋2e－===Cu13．(13分)如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：(1)甲烷燃料电池负极反应式是______________________________。(2)石墨(C)极的电极反应式为________________________________________________________________________。(3)若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成的气体体积为_______