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-1-电解池金属的电化学腐蚀与防护一、选择题1.在电解水制取H2和O2时,为了增强导电性,常常要加入一些电解质,最好选用()A.NaClB.HClC.CuSO4D.Na2SO4【解析】选D。加入NaCl和HCl时,阳极氯离子放电生成氯气,A、B错误;加入CuSO4时,阴极铜离子放电生成Cu,C错误。2.用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液,若保持温度不变,则一段时间后()A.溶液的pH变大B.c(Na+)与c(C)的比值变大C.溶液浓度变大,有晶体析出D.溶液浓度不变,有晶体析出【解析】选D。盛有饱和碳酸钠溶液的烧杯中插入惰性电极,保持温度不变,通电时氢离子放电生成氢气,氢氧根离子放电生成氧气,即电解水,因温度不变,溶剂减少后还是饱和溶液,则浓度不变,pH不变,故A错误;因温度不变,溶剂减少后还是饱和溶液,则Na+和C的浓度不变,故B错误;因温度不变,溶剂减少后还是饱和溶液,则溶液浓度不变,故C错误;原溶液为饱和溶液,温度不变,溶剂减少时有晶体析出,溶液仍为饱和溶液,浓度不变,故D正确;选D。3.下列关于电化学的说法不正确的是()A.两个隔离的不同半电池通过盐桥连接可以组成原电池B.电解精炼铜时,阳极泥中含有Zn、Fe、Ag、Au等金属C.在铁上镀银,用银作阳极D.牺牲阳极的阴极保护法利用的是原电池原理【解析】选B。A.两个隔离的不同半电池可以通过盐桥连接组成原电池,KCl盐桥中K+朝正极定向迁移,氯离子朝负极定向迁移,故A正确;B.Zn、Fe属于活泼金属,电解精炼铜时,阳极泥中不含有Zn、Fe,故B错误;C.电镀装置中,镀件是阴极,镀层金属是阳极,在铁上电镀银,用银作阳极,故C正确;D.原电池的正极及电解池的阴极中的金属被保护,所以利用电化学原理保护金-2-属主要有两种方法,分别是牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法,其中,牺牲阳极的阴极保护法利用的是原电池原理,故D正确。4.下列关于电化学知识的说法正确的是()A.电解饱和食盐水在阳极得到氯气,阴极得到金属钠B.电解精炼铜时,阳极质量的减少不一定等于阴极质量的增加C.电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液,在阴极上依次析出Al、Fe、CuD.电解CuSO4溶液一段时间后(Cu2+未反应完),加入适量Cu(OH)2可以使溶液恢复至原状态【解析】选B。A.电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl+2H2O+Cl2↑,错误;B.阳极除铜放电外,比铜活泼的金属如Zn、Fe也放电,但阴极上只有Cu2+放电,正确;C.根据金属活动性顺序可知,阴极上离子的放电顺序是Fe3+Cu2+H+Fe2+Al3+,Fe2+和Al3+不放电,Fe3+得电子生成Fe2+,不会析出铁和铝,在阴极上依次生成的是铜、亚铁离子、氢气,错误;D.电解CuSO4溶液,阴极析出Cu,阳极生成氧气,应加入CuO。5.关于下列装置的说法正确的是()A.装置①中盐桥内的K+移向CuSO4溶液B.装置①将电能转变为化学能C.若装置②用于铁棒镀铜,则N极为铁棒D.若装置②用于电解精炼铜,溶液中的Cu2+浓度保持不变【解析】选A。Zn比铜活泼为负极,Cu为正极,K+移向CuSO4溶液,故A正确;原电池是将化学能转化为电能,故B错误;若装置②用于铁棒镀铜,则N极为铜棒,故C错误;电解精炼铜时溶液中的Cu2+浓度减小,故D错误;故选A。6.城市地下潮湿的土壤中常埋有纵横交错的管道和输电线路,当有电流泄漏并与金属管道形成回路时,就会引起金属管道的腐蚀。原理如图所示,但若电压等条件适宜,钢铁管道也可能减缓腐蚀,此现象被称为“阳极保护”。下列有关说法不正确的是()-3-A.该装置能够将电能转化为化学能B.管道右端腐蚀比左端快,右端电极反应式为Fe-2e-Fe2+C.如果没有外加电源,潮湿的土壤中的钢铁管道比较容易发生吸氧腐蚀D.钢铁“阳极保护”的实质是在阳极金属表面形成一层耐腐蚀的钝化膜【解析】选B。A项,该装置相当于电解池,能将电能转化为化学能,正确;B项,左端是阳极,腐蚀得更快,错误;C项,如果没有外加电源,潮湿的土壤(接近中性)中的钢铁管道发生原电池反应,所以发生的是吸氧腐蚀,正确;D项,根据题意,此种腐蚀较慢,所以“阳极保护”实际上是在金属表面形成了一层致密的保护膜,正确。7.(2019·海口模拟)将反应Cu(s)+2Ag+(aq)Cu2+(aq)+2Ag(s)设计成如图所示的原电池,下列叙述正确的是()A.KNO3盐桥中的K+移向Cu(NO3)2溶液B.该原电池可使用KCl盐桥C.工作一段时间后,Cu(NO3)2溶液中c(Cu2+)增大D.取出盐桥后,电流计的指针依然发生偏转【解析】选C。由Cu(s)+2Ag+(aq)Cu2+(aq)+2Ag(s)可知,反应中Ag+被还原,应为正极反应,银作正极,Cu被氧化,应为原电池负极反应,铜作负极,在外电路中,电子从负极经导线流向正极,在内电路中,阳离子移向正极,阴离子移向负极,铜为负极,银为正极,阳离子移向正极,所以K+移向AgNO3溶液,故A错误;若使用KCl盐桥,会与AgNO3发生反应:Ag++Cl-AgCl↓,堵塞盐桥,故B错误;负极铜放电生成铜离子到溶液中,所以Cu(NO3)2溶液中c(Cu2+)增大,故C正确;取出盐桥后,不能构成闭合回路,不是原电池,所以指针不发生偏转,故D错误。8.某同学设计如下图所示装置,探究氯碱工业原理,下列说法正确的是()-4-A.石墨电极与直流电源负极相连B.用湿润KI淀粉试纸在铜电极附近检验气体,试纸变蓝色C.氢氧化钠在石墨电极附近产生,Na+向石墨电极迁移D.铜电极的反应式为:2H++2e-H2↑【解析】选D。若该装置是探究氯碱工业原理,则Cu电极应该与电源的负极连接,石墨电极与直流电源正极相连,故A错误;Cu电极为阴极,在阴极发生反应:2H++2e-H2↑;在阳极C电极上发生反应:2Cl--2e-Cl2↑。所以用湿润KI淀粉试纸在碳电极附近检验气体,试纸变蓝色,故B错误;由于Cu电极为阴极,在阴极发生反应:2H++2e-H2↑,破坏了附近的水的电离平衡,最终在Cu电极附近产生氢氧化钠,Na+向铜电极迁移,故C错误;铜电极的反应式为:2H++2e-H2↑,故D正确。9.空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC),RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图,有关说法正确的是()A.转移0.1mol电子时,a电极产生标准状况下O21.12LB.c电极上进行还原反应,B池中的H+可以通过隔膜进入A池C.b电极上发生的电极反应是2H2O+2e-H2↑+2OH-D.d电极上发生的电极反应是O2+4H++4e-2H2O【解析】选B。依据图示知左边装置是电解池,右边装置是原电池,ab电极是电解池的电极,由电源判断a为阴极,产生的气体是氢气;b为阳极,产生的气体是氧气;cd电极是原电池的正负极,c是正极,d是负极;电解池中的电极反应为b电极为阳极失电子发生氧化反应:4OH--4e-2H2O+O2↑;a电极为阴极得到电子发生还原反应:4H++4e-2H2↑;原电池中是-5-酸性溶液,电极反应为d为负极失电子发生氧化反应:2H2-4e-4H+;c电极为正极得到电子发生还原反应:O2+4H++4e-2H2O;A.a电极为原电池正极,电极反应为4H++4e-2H2↑,生成氢气,故A错误;B.c电极为正极得到电子发生还原反应,原电池中阳离子向正极移动,故B正确;C.b电极为阳极失电子发生氧化反应:4OH--4e-2H2O+O2↑,故C错误;D.d为负极失电子发生氧化反应:2H2-4e-4H+,故D错误。10.(2019·孝感模拟)工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是()已知:①Ni2+在弱酸性溶液中发生水解②氧化性:Ni2+(高浓度)H+Ni2+(低浓度)A.碳棒上发生的电极反应:4OH--4e-O2↑+2H2OB.电解过程中,B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小C.为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水pHD.若将图中阳离子膜去掉,将A、B两室合并,则电解反应总方程式发生改变【解析】选B。电极反应式为阳极:4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极:Ni2++2e-Ni,2H++2e-H2↑A项正确;B.由于C室中Ni2+、H+不断减少,Cl-通过阴离子膜从C室移向B室,A室中OH-不断减少,Na+通过阳离子膜从A室移向B室,所以B室中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大,错误;C.由于H+的氧化性大于Ni2+(低浓度)的氧化性,所以为了提高Ni的产率,电解过程需要控制废水的pH,正确;D.若去掉阳离子膜,在阳极Cl-首先放电生成Cl2,反应总方程式发生改变,D项正确。11.利用如图装置,可完成很多电化学实验。下列有关叙述正确的是()-6-A.若X为锌棒,开关K置于A处,可减缓铁的腐蚀,这种方法称为牺牲阴极的阳极保护法B.若X为铜棒,开关K置于A处,装置中发生的总反应为2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑C.若X为碳棒,开关K置于B处,在铁棒附近滴入硫氰化钾溶液可看到溶液变红色D.若X为碳棒,开关K置于B处,向食盐水中滴入酚酞溶液可看到碳棒附近先变红【解析】选D。若X为锌棒,开关K置于A处,则构成电解池,铁作阴极,可减缓铁的腐蚀,这种方法称为外加电流的阴极保护法,A项不正确;若X为铜棒,开关K置于A处,则构成电解池,铜作阳极,失去电子,发生反应:Cu-2e-Cu2+,B项不正确;若X为碳棒,开关K置于B处,则构成原电池,铁作负极,失去电子生成亚铁离子,因此在铁棒附近滴入硫氰化钾溶液看不到溶液变红色,C项不正确;若X为碳棒,开关K置于B处,则构成原电池,铁作负极,碳棒作正极,正极反应为:2H2O+O2+4e-4OH-,因此向食盐水中滴入酚酞溶液可看到碳棒附近先变红,D项正确。二、非选择题12.(1)(2019·江苏高考)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如图。①写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应式:________________________。②电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因是__________。(2)(2019·北京高考)氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢,工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2,可交替得到H2和O2。-7-①制H2时,连接__________________________________。产生H2的电极反应式是__________________________________________。②改变开关连接方式,可得O2。③结合①和②中电极3的电极反应式,说明电极3的作用:__________________________________________________________。【解析】(1)①已知参加反应的微粒有CO2,生成的微粒有HCOO-,因此参加阴极反应的其他微粒中肯定含有H元素,所以阴极反应式为CO2+H2O+2e-HCOO-+OH-,而OH-可与溶液中的HC反应生成C,CO2+HC+2e-HCOO-+C,或CO2直接与水电离出的H+作用生成HCOO-,即阴极反应式为CO2+H++2e-HCOO-。②阳极的电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,生成的H+与HC反应而使HC的浓度降低,同时部分K+通过阳离子交换膜进入阴极区,因此电解一段时间后,KHCO3溶液浓度降低。(2)①电解时,阴极产生H2,即电极1产生H2,此时开关连接K1,阴极H2O得电子生成H2,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-。③连接K1时,电极3反应为Ni(OH)2-e-+OH-NiOOH+H2O;当连接K2制O2时,电极3反应为NiOOH+e-+H2ONi(OH)2+OH-。由以上电极反应可看出,不同的连接方式,可使电极3循环使用。答案:(1)