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1电解池的工作原理及应用金属的腐蚀与防护1.厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理,同时得到乳酸的原理如图所示(图中HA表示乳酸分子,A-表示乳酸根离子)。下列说法正确的是()A.通电后,阳极附近pH增大B.电子从负极经电解质溶液回到正极C.通电后,A-通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室D.当电路中通过2mol电子的电量时,会有1mol的O2生成【解析】选C。由图示判断左侧为阳极,右侧为阴极,阳极电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,氢离子浓度增大,pH减小,A错误;电子从电源的负极到电解池的阴极,由电解池的阳极回到电源的正极,电子不进入电解质溶液,电解质溶液中靠离子传递电荷,B错误;氢离子由阳极室进入浓缩室,A-由阴极室进入浓缩室,得到乳酸,C正确;由电极反应式4OH--4e-O2↑+2H2O可知,当电路中通过2mol电子的电量时,会有0.5molO2生成,D错误。2.四个电解装置都以Pt作电极,它们分别装着如下电解质溶液进行电解,电解一段时间后,测定其pH变化,所记录的结果正确的是()选项ABCD电解质溶液HClAgNO3KOHBaCl2pH变化减小增大增大不变【解析】选C。电解盐酸,溶质HCl的量减小,溶剂量不变,所以酸性减弱,pH增大,A项错误;电解硝酸银溶液生成硝酸、金属银和氧气,溶液酸性增强,pH减小,B项错误;电解氢氧化钾溶液的实质是电解水,溶质的量不变,溶剂减少,碱性增强,pH增大,C项正确;电解氯化钡溶液得到氢氧化钡、氢气和氯气,溶液碱性增强,pH增大,D项错误。【加固训练】某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4,它们的物质的量之比为3∶1。滴入几滴石蕊溶液2后,用石墨作电极电解该混合溶液,根据电极产物,电解过程可明显分为三个阶段。下列叙述错误的是()A.阴极自始至终只产生H2B.电解过程中,溶液颜色呈现红色→紫色→蓝色的变化C.电解过程中,Na+和S的物质的量浓度保持不变D.第一阶段中阴、阳两极产生的气体混合引燃后,恰好完全反应得到HCl【解析】选C。阴极一直是2H++2e-H2↑,A正确;随电解的进行,溶液由酸性变为中性,最终变为碱性,B正确;电解的最后阶段实质是电解水,Na+和S的浓度均变大,C错误;第一个阶段分别是H+、Cl-放电,据电子守恒知,生成的氢气和氯气物质的量相等,引燃恰好完全反应生成氯化氢,D正确。3.据报道,中国生产的首艘国产航母“山东”号已经下水。为保护航母、延长服役寿命可采用两种电化学方法。方法1:舰体镶嵌一些金属块;方法2:航母舰体与电源相连。下列有关说法正确的是()A.方法1叫外加电流的阴极保护法B.方法2叫牺牲阳极的阴极保护法C.方法1中金属块可能是锌、锡和铜D.方法2中舰体连接电源的负极【解析】选D。舰体是由钢板做的。方法1,舰体镶嵌一些金属块,必须是比铁活泼的金属,如锌等(锡和铜不行),这种方法叫牺牲阳极的阴极保护法;方法2,航母舰体与电源相连,必须与电源负极相连,这种方法叫外加电流的阴极保护法。【加固训练】全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢质管道,使其免受腐蚀。关于此方法,下列说法不正确的是()A.土壤中的钢铁易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池3B.金属棒M的材料应该是比镁活泼的金属C.金属棒M上发生反应:M-ne-Mn+D.这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法【解析】选B。金属棒M只要比铁活泼即可,太活泼的金属易与水反应,B项错误。4.(2020·湛江模拟)下面列出了电解不同物质的电极反应式,其中错误的是()A.电解饱和食盐水,阴极:Na++e-NaB.电解CuCl2溶液,阳极:2Cl--2e-Cl2↑C.电解熔融NaCl,阴极:Na++e-NaD.电解NaOH溶液,阳极:4OH--4e-2H2O+O2↑【解析】选A。电解食盐水时,因放电能力H+Na+,所以阴极反应为2H++2e-H2↑,故A错。5.工业上用惰性电极电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7。下列说法错误的是()A.右侧电极连接电源的正极B.阴极区溶液的pH增大C.阳极电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-D.在阳极区域发生2Cr+2H+Cr2+H2O【解析】选C。据NaOH溶液浓度变化及Na+交换膜知,左侧为阴极区,右侧为阳极区,则右侧连接电源的正极,A正确;阴极2H2O+2e-H2↑+2OH-,c(OH-)增大,pH增大,B正确;阳极4OH--4e-O2↑+2H2O,C错误;由于阳极附近的OH-不断放电,所以阳极区域呈酸性,发生2Cr+2H+Cr2+H2O,D正确。6.(1)有学者想以如图所示装置用原电池原理将SO2转化为重要的化工原料。其负极反应式为______________________________________________________,当有0.25molSO2被吸收,则通过质子(H+)交换膜的H+的物质的量为________mol。4(2)某小组运用工业上离子交换膜法制烧碱的原理,用如下图所示装置电解K2SO4溶液。①该电解槽中通过阴离子交换膜的离子数________(填“”“”或“=”)通过阳离子交换膜的离子数。②图中a、b、c、d分别表示有关溶液的pH,则a、b、c、d由小到大的顺序为_______。③电解一段时间后,B出口与C出口产生气体的质量比为___________________。【解析】(1)SO2在负极发生氧化反应,电极反应式为SO2+2H2O-2e-S+4H+,当有0.25molSO2被吸收时,转移电子的物质的量是0.5mol,根据得失电子守恒,正极发生O2+4H++4e-2H2O,则通过质子(H+)交换膜的H+的物质的量为0.5mol。(2)①左边消耗2个氢氧根离子需要移动一个硫酸根离子来满足左边溶液的电荷守恒,右边消耗2个氢离子就需要移动2个钾离子来满足溶液电荷守恒,故通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数。②左边接电源的正极,是阳极,在阳极上OH-放电消耗,使pH减小;右边是阴极,在阴极上氢离子放电消耗使pH增大,故bacd。③根据两极上转移电子数目相等,在阳极上生成的氧气和阴极上生成的氢气的物质的量之比为1∶2,质量比为8∶1。答案:(1)SO2+2H2O-2e-S+4H+0.5(2)①②bacd③8∶1【加固训练】5(2018·丽水模拟)钢铁工业是国家工业的基础,钢铁生锈现象却随处可见,为此每年国家损失大量资金。请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。(1)钢铁的电化学腐蚀原理如图所示。①写出石墨电极的电极反应式_____________________________________。②将该装置作简单修改即可成为钢铁电化学防护的装置,请在图中虚线框内所示位置作出修改,并用箭头标出导线中电子流动方向。③写出修改后石墨电极的电极反应式___________________________________________________________________________________________________。(2)生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中,当铁锈被除尽后,溶液中发生的化合反应的化学方程式为___________________________________________________________________________________________________。(3)防止钢铁腐蚀可以延长钢铁制品的使用寿命。在钢铁制品表面镀铜可以有效地防止其腐蚀,电镀的装置如图所示:①电镀装置图的“直流电源”中,________(填“a”或“b”)是正极。Fe电极反应式为___________________________________________________________。②接通电源前,装置图中的铜、铁两个电极质量相等,电镀完成后,将两个电极取出,用蒸馏水小心冲洗干净、烘干,然后称量,二者质量之差为5.12g,由此计算电镀过程中电路中通过电子的物质的量为________。③上述铁镀件破损后,铁更容易被腐蚀。请简要说明镀铜铁镀件破损后,铁更容易被腐蚀的原因:_______________________________________________________________________,由此可推知镀________(填一种金属)铁镀件在破损时铁不易被腐蚀。6【解析】(1)在中性溶液中发生吸氧腐蚀,将虚线框中改为直流电源,这属于外加电流的阴极保护法,外加电源后石墨电极为阳极,氯离子失电子生成氯气。(2)铁锈的主要成分为氧化铁的水合物,与盐酸反应后生成了三价铁离子,而后铁与三价铁离子会化合生成亚铁离子。(3)铁上镀铜,则铜为阳极,铁为阴极,故a为正极;Fe极上电极反应式为Cu2++2e-Cu;阳极溶解的铜等于阴极上析出的铜,故阳极溶解的铜为2.56g,即0.04mol,故电镀过程中电路中通过电子的物质的量为0.08mol;镀件破损时,镀层金属与镀件金属在周围环境中形成原电池,活泼性强的金属更容易被腐蚀。答案:(1)①O2+4e-+2H2O4OH-②如图所示③2Cl--2e-Cl2↑(2)2FeCl3+Fe3FeCl2(3)①aCu2++2e-Cu②0.08mol③铁比铜活泼,铁与铜构成原电池的两个电极,铁作负极,更易被腐蚀锌1.(2020·沧州模拟)以铅蓄电池为电源,通过电解法制备酒石酸(C4H6O6,简写为RH2)的原理如图所示(A、B为惰性电极,a、b为离子交换膜)。下列叙述不正确的是()A.N极的电极反应式为PbO2+2e-+S+4H+PbSO4+2H2OB.b为阴离子交换膜C.阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,阴极区溶液pH升高D.铅蓄电池中消耗2molH2SO4时,理论上生成2molRH2【解析】选D。电解目的是制备RH2,则装置右侧为产品室,若原料室中的R2-通过阴离子交换7膜进入产品室与H+结合,则可制得RH2。所以B极应为H2O电离出的OH-放电,生成H+,即B极为阳极,电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,b为阴离子交换膜,N为正极,M为负极,A为阴极。N为铅蓄电池正极,电极反应为PbO2+2e-+S+4H+PbSO4+2H2O,故A项正确;根据上述分析可知,b为阴离子交换膜,故B项正确;阴极应为H2O电离出的H+放电,生成OH-,故电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,OH-浓度增大,pH增大,故C项正确;铅蓄电池放电时总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,当电池中消耗2molH2SO4时,则电路中转移2mole-。根据B极电极反应2H2O-4e-O2↑+4H+可知,转移2mole-,产品室有2molH+生成,R2-+2H+RH2,所以理论上可生成1molRH2,故D项错误。2.如图甲是一种利用微生物将废水中的尿素(H2NCONH2)的化学能直接转化为电能,并生成环境友好物质的装置,同时利用此装置的电能在铁上镀铜,下列说法中正确的是()A.乙装置中溶液颜色会变浅B.铁电极应与Y相连接C.M电极反应式:H2NCONH2+H2O-6e-CO2↑+N2↑+6H+D.当N电极消耗0.25mol气体时,铜电极质量减少16g【解析】选C。乙装置为电镀装置,电镀液的浓度不变,因此溶液颜色不变,A项错误;电镀时,待镀金属作阴极,与电源负极相连,而N电极上O2转化为H2O发生还原反应,N电极为正极,B项错误;M电极为负极,发生氧化反应:H2NCONH2+H2O-6e-CO2↑+N2↑+6H+,C项正确;根据N电极反应式:O2+4H++4e-2H2O,铜电极反应式:Cu-2e-Cu2+,由各电极上转移电子数相等,可得关系式:O2～2Cu,则N电极消耗0.25molO2时,铜电极质量减少0.25mol×2×64g·mol-1=32g,D项错误。3.(2020·梅州模拟)现用Pt电极电解1L浓度均为0.1mol·L-1的HCl、CuSO4的