电解池与金属的电化学腐蚀

电解池与金属的电化学腐蚀一、电解池工作原理【例题】某小组为研究电化学原理，设计如下图装置，下列叙述中正确的是（）A．若a和b为石墨，通电后a电极上发生的及应为2Cl﹣﹣2e﹣═Cl2↑B．若a和b为石墨，通电后b电极上发生氧化反应C．若a为铜，b为铁，通电后a电极质量增加D．若a为铜，b为铁，通电后向铁电极移动【解答】A、若a和b为石墨，通电后a电极是阳极，该极上发生的反应为2Cl﹣﹣2e﹣═Cl2↑，故A正确；B、在电解池的阴极b极上阳离子得电子发生还原反应，故B错误；C、电解池的阳极Cu是活泼电极时，该极上电极本身发生失电子的氧化反应，电极质量减轻，故C错误；D、电解池中电解质中的阳离子铜离子移向阴极，即向铁电极移动，发生得电子的还原反应，故D正确．【变式训练1】电浮选凝聚法处理污水的原理如图所示．电解过程生成的胶体能使污水中的悬浮物凝聚成团而除去，电解时阳极也会产生少量气体．下列说法正确的是（）A．可以用铝片或铜片代替铁片B．阳极产生的气体可能是O2C．电解过程中H+向阳极移动D．若污水导电能力较弱，可加入足量硫酸【变式训练2】用饱和氯化钠溶液润湿的滤纸分别做甲、乙两个实验，下列判断错误的是（）A．甲是原电池，乙是电解池B．甲中铁棒比乙中铁棒更易腐蚀C．d电极上的电极反应是：Fe﹣2e→Fe2+D．b电极上的电极反应是：O2+2H2O+4e→4OH﹣【变式训练3】某小组设计如图所示装置，下列说法正确的是（）A．闭合K1，断开K2，可防止Fe发生吸氧腐蚀B．闭合K1，断开K2，Cl﹣向石墨电极移动C．闭合K2，断开K1，可用于制备家用消毒液（主要成分NaClO）D．闭合K2，断开K1，电解质溶液中Na+的浓度不变二、电解池的应用【例题】以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是（）A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该电池的充电过程B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率D．镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用【解答】A、未通电前上述镀锌装置可构成原电池，因原电池反应与电镀时所发生的反应为不同的两个反应，故电镀过程不是该原电池的充电过程，故A错误；B、电解过程中确实存在电能转化成热能的情况，但电镀时通过的电量与析出的锌的量存在确定的关系，与能量的其他转化无关，故B错误；C、电镀时保持电流恒定，即单位时间内转移的电子数恒定，则消耗的反应物与产生的生成物的量恒定，也就是反应速率恒定，与温度无关，故C正确；D、镀锌层破损后，能形成锌铁原电池，铁为正极，锌为负极，同样起到保护铁的作用，故D错误．【变式训练1】如图是某同学用Cu在Fe片上镀铜的实验装置，下列说法正确的是（）A．Cu2+在A极被还原B．溶液蓝色逐渐变浅C．铜片连接A极，铁制品连接B极D．A极和B极直接相连，铜片被氧化【变式训练2】CuI是一种不溶于水的白色固体，它可由反应：2Cu2++4I﹣=2CuI↓+I2而得到．如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，在KI﹣淀粉溶液中阳极周围变蓝色，则下列说法正确的是（）A．若a极变红，则在Pt电极上：2I﹣﹣2e﹣=I2淀粉遇碘变蓝B．若b极变红，在Pt电极上：4OH﹣﹣4e﹣=2H2O+O2O2将I﹣氧化为I2，淀粉遇碘变蓝C．若a极变红，在Cu电极上：开始Cu+I﹣﹣e﹣=CuI，一段时间后2I﹣﹣2e﹣═I2淀粉遇碘变蓝D．若b极变红，在Cu极上：Cu﹣2e﹣═Cu2+Cu2+显蓝色【变式训练3】精确测量金属离子在惰性电极上以镀层形式沉积的金属质量，可以确定电解过程中通过的电量．实际测量中，常用银电量计，如图所示．下列说法错误的是（）A．银电量计的工作原理类似电镀池，电量计中的铂坩埚上发生还原反应B．若要测定电解饱和食盐水时通过的电量，可将该银电量计中的银棒与待测电解池的阳极相连，铂坩埚与电源的负极相连C．实验中，为了避免银溶解过程中可能产生的金属颗粒掉进铂坩埚而导致测量误差，常在银电极附近增加一个收集网袋，若没有收集网袋，测量结果会偏高D．称量电解前后铂坩埚的质量变化，得金属银的沉积量为10.8g，则电解过程中转移电子的物质的量为0.1 mol三、电解精炼铜【例题】下列关于电解精炼铜的叙述中不正确的是（）A．粗铜板为阳极B．粗铜所含Au、Ag、Fe、Zn等杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥C．电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为Cu2++2e﹣=CuD．精铜的纯度可达99.95%～99.98%【解答】A、电镀法精炼铜时，粗铜为阳极，精铜为阴极，故A正确；B、铜中所含Pt、Au、Ag等金属杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥，而金属镍、铁、锌都比铜活泼，先于金属铜失电子，故B 错误；C、粗电解时，阳极上只要是金属Cu失电子变成离子进入溶液，Cu﹣2e﹣=Cu2+，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为：Cu2++2e﹣=Cu，故C正确；D、根据电解精炼铜的工作原理，这样最终电解铜的纯度可达99.95%～99.98%，故D正确．【变式训练1】关于电解法精炼铜的下列说法正确的是（）A．电解结束后，在阳极底部会有阳极泥产生，主要成分是铁、金和银B．电解结束后，溶液中Cu2+浓度变大C．纯铜作阳极，粗铜作阴极，硫酸铜为电解质溶液D．粗铜作阳极，纯铜作阴极，硫酸铜为电解质溶液【变式训练2】关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是（）A．都用粗铜做阳极、纯铜做阴极B．电解液的成分都保持不变C．阳极反应都只有Cu﹣2e﹣═Cu2+ D．阴极反应都只有Cu2++2e﹣═Cu【变式训练3】下列关于电解法精炼粗铜的叙述中正确的是（）A．精铜板作阴极，粗铜作阳极，CuSO4溶液作电解液B．电解时，阴极发生氧化反应，则阴极发生的反应为：Cu2++2e﹣═CuC．粗铜中所含Ni．Fe．Zn等金属杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥D．两电极质量变化值相等四、金属的电化学腐蚀【例题】下列关于金属腐蚀的说法正确的是（）A．在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀B．金属在潮湿空气中腐蚀的实质是：M+nH2O═M（OH）n+H2↑C．金属的化学腐蚀的实质是M﹣ne﹣=M n+，电子直接转移给氧化剂D．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行【解答】A．在潮湿的中性环境中，金属的电化学腐蚀以吸氧腐蚀为主，故A正确；B．金属在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀而变质，实质是：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2，故B错误；C．金属的化学腐蚀实质是：M﹣ne﹣=M n+，是金属失电子直接和氧化剂反应的过程，故C正确；D．金属的化学腐蚀在酸性或是碱性环境下均有可能进行，故D错误；【变式训练1】金属的腐蚀现象非常普遍．下列有关金属腐蚀的叙述中不正确的是（）A．金属腐蚀的本质是金属原子失去电子变成阳离子而被氧化B．钢铁在发生电化学腐蚀时，若表面水膜呈中性，则正极发生的反应为：2H++2e﹣═H2↑C．金属腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀D．钢铁在干燥的空气里不易被腐蚀，而在在潮湿的空气里容易被腐蚀【变式训练2】钢铁的锈蚀过程中，下列五种变化可能发生的是（）①Fe由+2价转化为+3价②O2被还原③H+被还原④有Fe2O3•xH2O生成⑤杂质碳被氧化除去．A．①②B．③④C．①②③④D．①②③④⑤【变式训练3】铁是用途最广的金属材料之一．为探究铁的化学性质，某同学将盛有生铁屑的试管塞上蓬松的棉花，然后倒置在水中（如图所示）．数天后，他观察到的现象是（）A．铁屑不生锈，试管内液面上升B．铁屑不生锈，试管内液面高度不变C．铁屑生锈，试管内液面上升D．铁屑生锈，试管内液面高度不变【变式训练4】铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法中，不正确的是（）A．此过程中还涉及到反应：4Fe（OH）+2H2O+O2=4Fe（OH）3B．此过程中铜并不被腐蚀C．此过程中电子从Fe移向CuD．正极电极反应式为：2H++2e﹣=H2↑【变式训练5】如图装置中具支试管内盛有pH=4的雨水和生铁片，小试管内为红墨水．观察：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面．以下有关解释合理的是（）A．生铁片中的碳是原电池的阳极B．导管内液面下降时，碳极反应式为：O2+2H2O+4e﹣→4OH﹣C．具支试管中溶液pH逐渐减小D．生铁片既发生析氢腐蚀，又发生了吸氧腐蚀【变式训练6】如图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化氢溶液，各加入生铁块，放置一段时间．下列有关描述错误的是（）A．生铁块中的碳是原电池的正极B．红墨水柱两边的液面变为左低右高C．两试管中负极电极反应相同D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀【变式训练7】打开如图所示装置中的止水夹，一段时间后，可能观察到的现象是（）A．烧杯中有气泡产生B．试管内有黄绿色气体产生C．铁丝网的表面产生锈迹D．烧杯内溶液变红色五、氯碱工业【例题】氯碱工业是最基本的化学工业之一，离子膜电解法为目前普遍使用的生产方法，其生产流程如图1所示：（1）该流程中可以循环的物质是．（2）电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，由于粗盐水中含有Ca2+、Mg2+、SO42﹣等无机杂质，所以在进入电解槽前需要进行两次精制，写出一次精制中发生的离子方程式，若食盐水不经过二次精制就直接进入离子膜电解槽会产生什么后果．（3）图2是工业上电解饱和食盐水的离子交换膜电解槽示意图（阳极用金属钛网制成，阴极由碳钢网制成）．则B处产生的气体是，E电极的名称是．电解总反应的离子方程式为．（4）从阳极槽出来的淡盐水中，往往含有少量的溶解氯，需要加入8%～9%的亚硫酸钠溶液将其彻底除去，该反应的化学方程式为．（5）已知在电解槽中，每小时通过1安培的直流电可以产生1.492g的烧碱，某工厂用300个电解槽串联生产8小时，制得32%的烧碱溶液（密度为1.342吨/m3）113m3，电解槽的电流强度1.45×104A，该电解槽的电解效率为．【解答】（1）根据工艺流程图结中用到的原料以及产物，可以知道氯化钠、氢氧化钠是可以循环使用的；（2）除去钙离子使用碳酸钠试剂，Ca2++CO32﹣=CaCO3↓除去镁离子使用氢氧化钠试剂，Mg2++2OH﹣=Mg （OH）2↓，处理后的盐水中还含有少量杂质离子Mg2+、Ca2+，碱性条件下会生成沉淀，对装置中的交换膜产生影响；（3）电解池中，阳离子钠离子移向阴极，所以B是电源的负极，A是正极，E是阳极，在阴极上产生的是氢气，电解饱和食盐水的原理方程式为：2Cl﹣+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH﹣；（4）氯气具有氧化性，能将亚硫酸钠氧化为硫酸钠，即Na2SO3+Cl2+H2O=Na2SO4+2HCl，；（5）烧碱溶液质量为1.342×103kg/m3×113m3=1.516×105kg，m（NaOH）=1.516×105kg×32%=4.85×104kg，则理论上需要电流量为=3.252×107A，则实际上耗电量为1.45×104A×8×300=3.48×107A，该电解槽的电解效率为×100%=93.45%．【变式训练1】氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图依据上图，完成下列填空：（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为，与电源负极相连的电极附近，溶液pH（选填“不变”“升高”或“下降”）．（2）为有效除去Ca2+、Mg2+、SO42﹣，加入试剂及合理顺序为（3）在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为．（4）用石墨电极作阴极，铁电极作阳极电解水时往往产生大量的红棕色沉淀，请用化学反应解释这一现象：．【变式训练2】工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、H2和Cl2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业．（1）氯碱厂的盐酸车间可用氯气、氢气为原料进行生产，试写出其化合的化学方程式．（2）氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节（电）能30%以上，其相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过．①图中X、Y分别是、，分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小；②分别写出燃料电池B中的电极反应，正极：；负极：．综合训练一、选择题1．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（）A．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣易产生铜绿B．镀锡铁制品和镀锌铁制品的镀层破损时，镀锡铁中铁的腐蚀速率更快C．在轮船船体四周镶嵌锌块保护船体不受腐蚀的方法叫阴极电化学保护法D．不锈钢有较强的抗腐蚀能力是因为在钢铁表面镀上了铬2．利用如图装置可以模拟铁的电化学防护．下列说法不正确的是（）A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应3．某课外活动小组用如图所示装置进行实验（电解液足量）．下列说法正确的是（）A．图一中若开始实验时开关K与a连接，B极的电极反应式为Fe﹣3e﹣═Fe3+B．图一中若开始实验时开关K与b连接，一段时间后向电解液中加适量稀盐酸可使电解液恢复到电解前的浓度C．图二中若开始实验时开关K与a连接，电解液的浓度保持不变D．图二中若开始实验时开关K与b连接，A极减少的质量等于B极增加的质量4．下列有关电化学装置完全正确的是（）A．铜的精炼B．铁上镀银C．防止Fe被腐蚀D．构成铜锌原电池5．加碘食盐中含有碘酸钾（KIO3），现以电解法制备碘酸钾，实验装置如图所示．先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液，发生反应：3I2+6KOH═5KI+KIO3+3H2O，将该溶液加入阳极区，另将氢氧化钾溶液加入阴极区，开始电解．下列说法正确的是（）A．a电极发生还原反应B．阳极反应式：I﹣﹣6e﹣+6OH﹣═IO+3H2OC．阴极反应式：4OH﹣﹣4e﹣═2H2O+O2↑D．电解过程中b电极附近溶液的pH减小6．用a、b两个质量相等的Pt电极电解AlCl3和CuSO4的混合溶液[n（AlCl3）：n（CuSO4）=1：9]．t1时刻a电极得到混合气体，其中Cl2在标准状况下为224mL（忽略气体的溶解）；t2时刻Cu全部在电极上析出．下列判断正确的是（）A．a电极与电源的负极相连B．t2时，两电极的质量相差3.84 gC．电解过程中，溶液的pH不断增大D．t2时，b的电极反应是4OH﹣一4e﹣=2H2O+O2↑7．两串联的电解池，甲池盛有CuSO4溶液，乙池盛有一定量某硝酸盐的稀溶液，用惰性电极电解，当甲池的阴极上析出1.6g Cu时，乙池的阴极上析出0.45g固体，则乙池的溶质可能是（）A．Cu（NO3）2B．Al（NO3）3C．NH4NO3D．Mg（NO3）28．在25℃时，将两根铂电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解，当电路中有a mol电子转移时，溶液中析出m g Na2SO4•10H2O晶体．若温度不变，在剩余溶液中溶质的质量分数为（）A．×100% B．×100% C．×100% D．×100%9．已知在pH为4～5的溶液中，Cu2+几乎不水解，而Fe3+几乎完全水解．某同学拟用电解硫酸铜溶液的方法测定铜的相对原子质量．该同学向pH=3.8的含有硫酸铁杂质的硫酸铜溶液中加入过量的黑色粉末X，充分搅拌后将滤液用如图所示装置电解，其中某电极增重a g，另一电极上产生标准状况下的气体V mL．下列说法正确的是（）A．黑色粉末X是铁粉B．铜电极连接电源的正极C．石墨电极的反应式为4OH﹣﹣4e﹣═2H2O+O2↑D．铜的相对原子质量为10．用惰性电极电解100mL 4mol•L﹣1Cu（NO3）2溶液，一定时间后在阳极收集到标准状况下气体1.12L．停止电解，向电解后的溶液中加入足量的铁粉，充分反应后溶液中的Fe2+浓度为（设溶液的体积不变）（）A．0.75mol•L﹣1B．3mol•L﹣1C．4mol•L﹣1D．3.75mol•L﹣1二、解答题11．按图装置进行实验，并回答下列问题（1）判断装置的名称：A池为，B池为（2）锌极为极，电极反应式为（3）石墨棒C1为极，电极反应式为石墨棒C2附近发生的实验现象为（4）当C2极析出224mL气体（标准状态）时，锌的质量减少g．12．某小组同学设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾．（1）X极与电源的（填“正”或“负”）极相连，氢气从（填“A”、“B”、“C”或“D”）口导出．（2）离子交换膜只允许一类离子通过，则M为（填“阴离子”或“阳离子”，下同）交换膜，N为交换膜．（3）若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池（石墨为电极），则电池负极的反应式为．（4）若在标准状况下，制得11.2L氢气，则生成硫酸的质量是，转移的电子数为．13．已知铅蓄电池的工作原理为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O，现设计如图1所示装置进行电解（电解液足量），测得当铅蓄电池中转移0.4mol电子时铁电极的质量减小11.2g．请回答下列问题：（1）A是铅蓄电池的（填“正”或“负”）极，铅蓄电池的正极反应式为．（2）Ag电极上的反应式为，析出的物质共g．（3）Cu电极上的反应式为，CuSO4溶液的浓度（填“减小”、“增大”或“不变”）．（4）如图2表示电解时某个量（纵坐标x）随时间变化的曲线，这个量x最有可能表示的是（填序号）．a．两个U形管中析出的气体体积b．两个U形管中阳极质量的减少量c．两个U形管中阴极质量的增加量．14．硒是制光电池的一种原料，人体缺少硒就会得“克山病”，从电解精炼铜的阳极泥中提取硒的流程如图1，请回答下列问题：（1）实验室中电解精炼铜的简易装置如图2所示，请在图中标出电极材料和电解液的名称．（2）阳极泥中硒以Se、Ag2Se、Cu2Se等形式存在，Se和浓硫酸反应的化学方程式为．（3）SeO2溶于水得H2SeO3（K a1=3.5×10﹣3，K a2=5.0×10﹣8），亚硒酸溶液与SO2反应制硒的离子方程式为．电解亚硒酸溶液可制得强酸H2SeO4，则电解时的阳极反应式为．（4）上述硒的提取过程中存在的主要问题是、．15．25℃时，用两个质量相同的铜棒作电极，电解500mL 0.1mol•L﹣1H2SO4溶液，电解过程中，电解液的pH变化如表所示（假定溶液温度保持不变）．电解2h后，取出电极，对电极进行干燥，并称量，测得两电极的质量差为9.6g．已知，25℃时0.1mol•L﹣1 CuSO4溶液的pH为4.17．（1）实验刚开始阶段电解池阴极所发生反应的电极反应式为．（2）电解进行到1.5h后，电解质溶液的pH不再发生变化的原因是；用离子反应方程式表示0.1mol•L﹣1 CuSO4溶液的pH为4.17的原因．（3）电解进行的2h中，转移电子的总物质的量0.15mol（填“＜”、“=”或“＞”）．（4）若欲使所得电解质溶液复原到500mL 0.1mol•L﹣1H2SO4溶液，应对溶液进行怎样处理？．。