2021高考化学一轮复习 核心素养测评二十二 金属的腐蚀与防护 电化学的有关计算（含解析）苏教版

金属的腐蚀与防护电化学的有关计算一、选择题(本题包括4小题,每题6分,共24分)1.(2019潍坊模拟)o3是一种常见的绿色氧化剂,可由臭氧发生器(原理如图)电解稀硫酸制得。下列说法错误的是()a.电极a为阴极b.a极的电极反应为o2+4h+4e-2h2oc.电解一段时间后b极周围的ph下降d.标准状况下,当有5.6 l o2反应时,收集到o2和o3混合气体4.48 l,o3的体积分数为80%【解析】选d。该电解池中,b电极上生成臭氧和氧气,则为阳极,a为阴极,故a正确;a电极上氧气得电子发生还原反应,电解质溶液为酸性,所以电极反应式为o2+4e-+4h+2h2o,故b正确;b电极上氢氧根离子失去电子生成氧气、臭氧的混合气体发生氧化反应,所以电解一段时间后b极周围的ph下降,故c正确; 标准状况下,当有5.6 l o2反应时,则a电极上转移电子为5.6 l22.4 lmol-14=1 mol,b电极上收集到o2和o3混合气体4.48 l即0.2 mol,则设臭氧为x mol,则b电极上收集到氧气为(0.2-x) mol,根据转移电子相等得:1=6x+4(0.2-x),x=0.1 mol,所以o3的体积分数为0.10.2100%=50%,故d错误。2.(2020泉州模拟)如图所示,下列叙述正确的是()a.y为阴极,发生还原反应b.x为正极,发生氧化反应c.y与滤纸接触处有氧气生成d.x与滤纸接触处变红【解析】选a。从题图中可以看出,左边的装置为原电池而右边的装置为电解池。根据原电池原理,较活泼的一极作原电池的负极,所以zn为负极,cu为正极。再根据电解原理,y与zn片相连为阴极,x与cu片相连为阳极,y极的电极反应式为2h+2e-h2(还原反应);x极的电极反应式为4oh-4e-2h2o+o2(氧化反应)。y极上h+放电,同时产生了oh-,呈碱性,使酚酞溶液呈红色。3.(2020年山东等级考模拟)利用小粒径零价铁(zvi)的电化学腐蚀处理三氯乙烯,进行水体修复的过程如图所示。h+、o2、no3-等共存物的存在会影响水体修复效果,定义单位时间内zvi释放电子的物质的量为nt,其中用于有效腐蚀的电子的物质的量为ne。下列说法错误的是()a.反应均在正极发生b.单位时间内,三氯乙烯脱去a mol cl时ne=a molc.的电极反应式为no3-+10h+8e-nh4+3h2od.增大单位体积水体中小微粒zvi的投入量,可使nt增大【解析】选b。a.由修复过程示意图中反应前后元素化合价变化可知,反应均为得电子的反应,所以应在正极发生;b.三氯乙烯c2hcl3中c原子化合价为+1价,乙烯中c原子化合价为-2价,1 mol c2hcl3转化为1 mol c2h4时,得到6 mol 电子,脱去3 mol氯原子,所以脱去a mol cl时ne=2a mol;c.由示意图及n元素的化合价变化可写出如下转化no3-+8e-nh4+,由于生成物中有nh4+所以只能用h+和h2o来配平该反应,而不能用h2o和oh-来配平,所以的电极反应式为no3-+10h+8e-nh4+3h2o;d.增大单位体积水体中小微粒zvi的投入量,可以增大小微粒zvi的接触面积,加快zvi释放电子的速率,可使nt增大。4.(2020梅州模拟)现用pt电极电解1 l浓度均为0.1 moll-1的hcl、cuso4的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是()a.电解开始时阴极有h2放出b.电解开始时阳极上发生:cu2+2e-cuc.当电路中通过电子的量超过0.1 mol时,阴极放电的离子发生了变化d.整个电解过程中,so42-不参与电极反应【解析】选d。依据放电顺序阴极先放电的是cu2+,故阴极开始析出的是cu,阳极先放电的是cl-,故阳极开始产生的是cl2,a、b错;由阴极反应cu2+2e-cu,n(cu2+)=0.1 mol,当电路中通过电子的量达到0.2 mol时,cu2+消耗完毕,阴极放电离子变为h+,c错;阳极先是cl-放电,当cl-消耗完毕。此时h2o电离产生的oh-开始在阳极放电,so42-不参与电极反应。二、非选择题(本题包括2小题,共26分)5.(12分)(2020延安模拟)如图装置所示,c、d、e、f、x、y都是惰性电极,甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变),a、b为外接直流电源的两极。将直流电源接通后,f极附近呈红色。请回答下列问题:(1)b极是电源的_,一段时间后,甲中溶液颜色_,丁中x极附近的颜色逐渐变浅,y极附近的颜色逐渐变深,这表明_,在电场作用下向y极移动。 (2)若甲、乙装置中的c、d、e、f电极均只有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比为_。 (3)现用丙装置给铜件镀银,则h应是_(填“镀层金属”或“镀件”),电镀液是_溶液。当乙中溶液的ph是13时(此时乙溶液体积为500 ml),丙中镀件上析出银的质量为_,甲中溶液的ph_(填“变大”“变小”或“不变”)。 (4)若将c电极换为铁,其他装置都不变,则甲中发生的总反应的离子方程式为_。 【解析】(1)由装置图知,直流电源与各电解池串联;由“f极附近呈红色”知,f极为阴极,则e极为阳极、d极为阴极、c极为阳极、g极为阳极、h极为阴极、x极为阳极、y极为阴极、a极为正极、b极为负极。甲装置是用惰性电极电解cuso4溶液,由于cu2+放电,导致c(cu2+)降低,溶液颜色逐渐变浅;丁装置是胶体的电泳实验,由于x极附近的颜色逐渐变浅,y极附近的颜色逐渐变深,说明氢氧化铁胶粒带正电荷。(2)当甲、乙装置中的c、d、e、f电极均只有一种单质生成时,c、d、e、f电极的产物分别为o2、cu、cl2、h2,根据各电极转移电子数相同,则对应单质的物质的量之比为1222。(3)给铜件镀银,根据电镀原理,镀件即铜件作阴极,银作阳极,电镀液是可溶性银盐。当乙中溶液的ph是13时,则乙中n(oh-)=0.1 moll-10.5 l=0.05 mol,即各电极转移电子0.05 mol,所以丙中析出银0.05 mol为5.4 g;甲装置中由于电解产生h+,导致溶液的酸性增强,ph变小。(4)若将c电极换为铁,则铁作阳极发生反应:fe-2e-fe2+,d极发生:cu2+2e-cu,则总反应的离子方程式为fe+cu2+cu+fe2+。答案:(1)负极逐渐变浅氢氧化铁胶粒带正电荷(2)1222(3)镀件agno3(合理即可)5.4 g变小(4)fe+cu2+cu+fe2+6.(14分)下图是一个化学过程的示意图。(1)图中甲池是_装置(填“电解池”或“原电池”),其中oh-移向_极(填“ch3oh”或“o2”)。(2)写出通入ch3oh的电极的电极反应式: _。(3)向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液,附近变红的电极为_极(填“a”或“b”),并写出此电极的反应式:_。(4)乙池中总反应的离子方程式:_。(5)当乙池中b(ag)极的质量增加5.40 g时,乙池的ph是_(若此时乙池中溶液的体积为500 ml);此时丙池某电极析出1.60 g某金属,则丙中的某盐溶液可能是_(填序号)。a.mgso4b.cuso4c.nacld.agno3【解析】(3)碳电极(a极)与原电池装置中通入o2的电极相连,则作阳极,电极反应式为4oh-4e-o2+2h2o;银电极(b极)与原电池装置中通入甲醇的电极相连,则作阴极,电极反应式为ag+e-ag,电解过程的总反应式为4ag+2h2o4ag+o2+4h+,因此当向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液,附近变红的电极为a电极。(5)当乙池中b(ag)电极的质量增加5.40 g时,即析出ag的物质的量为0.05 mol,则生成h+的物质的量为0.05 mol,由此可得溶液的ph=1。根据放电规律,本题首先排除选项a和选项c。当乙池中b(ag)电极的质量增加5.40 g时,此时转移的电子数为0.05 mol,当丙池中电极上析出1.60 g金属铜时,正好转移0.05 mol电子,因此选项b正确。当丙装置中为agno3溶液,且agno3溶液足量时,可知析出金属的质量也应为5.40 g,若agno3溶液不足时,析出金属的质量必小于5.40 g,故选项d也有可能。答案:(1)原电池ch3oh(2)ch3oh-6e-+8oh-co32-+6h2o(3)a4oh-4e-o2+2h2o(4)4ag+2h2o4ag+o2+4h+(5)1bd一、选择题(本题包括2小题,每题7分,共14分)1.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0.25 mol 气体时,铜电极质量减少16 g【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:o22cu,则n电极消耗0.25 mol o2时,铜电极质量减少0.25 mol 264 gmol-1=32 g,d项错误。2.硼酸( h3bo3) 为一元弱酸,h3bo3可以通过电解的方法制备。其工作原理如下图所示( 阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法错误的是()a.a与电源的正极相连接b.阳极的电极反应式为:2h2o-4e-o2+4h+c.b(oh)4-穿过阴膜进入产品室,na+穿过阳膜进入阴极室d.当电路中通过3 mol 电子时,可得到1 mol h3bo3【解析】选d。a.与a极相连的石墨所处的区域为阳极室,则a与电源的正极相连接,正确;b.阳极上发生氧化反应,溶液中水失去电子生成氧气,电极反应式为:2h2o-4e-o2+4h+,正确;c.在电解池中,阴离子向阳极运动,阳离子向阴极运动,因此b(oh)4-穿过阴膜进入产品室,na+穿过阳膜进入阴极室,正确;d.阳极电极反应式为:2h2o-4e-o2+4h+,阴极上发生还原反应,溶液中的水得到电子生成氢气,2h2o+2e-h2+ 2oh-,b(oh)4-穿过阴膜进入产品室,与氢离子反应生成h3bo3,b(oh)4-+h+h3bo3+h2o,当电路中通过3 mol电子时,生成3 mol氢离子,可得到3 mol h3bo3,错误。二、非选择题(本题包括2小题,共36分)3.(18分)(2020山东师大附中模拟)氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的基本化学工业。如图是某氯碱工业生产原理示意图:(1)a装置所用食盐水由粗盐水精制而成。精制时,为除去食盐水中的mg2+和ca2+,要加入的试剂分别为_、_。(2)写出装置a在通电条件下反应的化学方程式:_。(3)氯碱工业是高耗能产业,按上图将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上,且相关物料的传输与转化关系如上图所示,其中的电极未标出,所用的离子膜都只允许阳离子通过。图中y是_(填化学式);x与稀naoh溶液反应的离子方程式是_。分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小:_。若用b装置作为a装置的辅助电源,每当消耗标准状况下氧气的体积为11.2 l时,则b装置可向a装置提供的电量约为_(一个e-的电量为1.6010-19 c;计算结果精确到0.01)。【解析】(1)除去杂质不能引入新的杂质,即除去mg2+用naoh溶液,除去ca2+用na2co3溶液。(3)装置a的右端产生naoh溶液,说明右端电极是阴极,发生2h2o+2e-h2+2oh-,因此y是氢气,装置a的左端是阳极,发生2cl-2e-cl2,x为cl2,和naoh溶液反应的离子方程式为cl2+2oh-cl-+clo-+h2o。装置b中通氧气的一极为正极,环境是naoh溶液,因此正极反应式为o2+2h2o+4e-4oh-,产生naoh,因此b%a%。 两者装置通过的电量相等,即转移的电量是11.222.446.0210231.610-19 c1.93105 c。 答案:(1)naoh溶液na2co3溶液(2)2nacl+2h2o2naoh+h2+cl2(3)h22oh-+cl2clo-+cl-+h2ob%a%1.93105 c4.(18分)(2019保定模拟)利用电化学原理,将no2、o2和熔融kno3制成燃料电池,模拟工业电解法来处理含cr2o72-废水,如下图所示;电解过程中溶液发生反应:cr2o72-+6fe2+14h+2cr3+6fe3+7h2o(1)甲池工作时,no2转变成绿色硝化剂y,y是n2o5,可循环使用。则石墨是电池的_极;石墨附近发生的电极反应式为_。 (2)工作时,甲池内的no3-向_(填“石墨”或“石墨”)极移动;在相同条件下,消耗的o2和no2的体积比为_。 (3)乙池中fe()棒上发生的电极反应为_。 (4)若溶液中减少了0.01 mol cr2o72-,则电路中至少转移了_mol 电子。 【解析】(1)石墨电极通入氧气,氧气发生还原反应,所以石墨是电池的正极;石墨电极no2被氧化为n2o5,电极反应式为no2+no3-e-n2o5;(2)电池工作时,阴