第六章 电解池生

第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护深度思考1用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)电解质(水溶液)被电解的物质或离子方程式电解质浓度溶液pH电解质溶液复原含氧酸(如H2SO4)阳极：4OH4e=O22H2O阴极：4H4e=2H2 2H2OO22H2 加 强碱(如NaOH)阳极：4OH4e=O22H2O阴极：4H4e=2H2 2H2OO22H2 加 活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)阳极：4OH4e=O22H2O阴极：4H4e=2H2 2H2OO22H2 加 无氧酸(如HCl) ，除HF外阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2H2e=H2 2HClCl2H2 不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，除氟化物外阳极：2Cl2e=Cl2阴极：Cu22e=Cu CuCl2CuCl2 加 活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2H2e=H2 2Cl2H2OCl2H22OH生成新电解质增大 不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极：4OH4e=O22H2O阴极：2Cu24e=2Cu 2Cu22H2O2CuO24H生成新电解质减小加 或 题组一电解原理和电解规律的考查1用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH下降的是()ACuSO4 BNaOH CBaCl2 DH2SO42用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，在电解后的电解液中加适量水，能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是()ANaCl BNa2CO3 CCuSO4 DK2S3右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是()A逸出气体的体积，a电极的小于b电极的B一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体Ca电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色Da电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色题组二电极反应式、电解总方程式的书写4按要求书写有关的电极反应式及总方程式。(1)用惰性电极电解AgNO3溶液：阳极反应式_；阴极反应式_；总反应离子方程式_。(2)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式_；阴极反应式_；总反应离子方程式_。(3)用铁作电极电解NaCl溶液阳极反应式_；阴极反应式_；总化学方程式_。(4)用铜作电极电解盐酸溶液阳极反应式_；阴极反应式_；总反应离子方程式_。5.以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为_。.用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q。写出阳极生成R的电极反应式：_。6CuI是一种不溶于水的白色固体，可以由反应：2Cu24I=2CuII2得到。现以石墨为阴极，以Cu为阳极电解KI溶液，通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。回答下列问题：(1)阳极区的现象_。(2)阳极电极反应式_。题组三与酸、碱、盐的电解有关的实验设计72010大纲全国卷，29(1)(2)(3)(4)(5)如图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.88.0，酸色红色，碱色黄色)回答下列问题：(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是_(填编号)；A管溶液由红变黄； B管溶液由红变黄； A管溶液不变色；B管溶液不变色(2)写出A管中发生反应的反应式：_；(3)写出B管中发生反应的反应式：_；(4)检验a管中气体的方法是_；(5)检验b管中气体的方法是_。8如图所示，用石墨电极电解氯化铜溶液。查阅资料可知，CuCl显黄色，氯化铜溶液显蓝绿色或黄绿色；向体积相同浓度分别为0.01 molL1,0.05 molL1,0.1 molL1,0.5 molL1的氯化铜溶液中加入NaCl至饱和，对比发现。溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变。请回答下列问题：(1)阳极上的气体呈_色，检验该气体可用_。(2)写出电解的离子方程式：_。(3)实验时，装置中阴极溶液颜色由蓝绿色变为黄绿色，原因是_。(4)取出阴极的石墨棒，发现表面有浅蓝色固体，试设计实验探究此浅蓝色固体的成分： _。(5)为什么要设计连接后面的装置？_。考点二电解原理的应用题组训练电解原理的应用1工业废水中常含有一定量的Cr2O，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是一种行之有效的除去铬的方法之一。该法用Fe作电极电解含Cr2O的酸性废水，最终将铬转化为Cr(OH)3沉淀，达到净化目的。下列有关说法不正确的是()A电解时选用Fe作阳极，石墨棒作阴极 B阴极附近的沉淀只有Cr(OH)3C阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2OD消耗1 mol Cr2O，将有336 g Fe消耗，因此要定期更换铁电极2使用氯化钠作原料可以得到多种产品。(1)实验室用惰性电极电解100 mL 0.1 molL1 NaCl溶液，若阴阳两极均得到112 mL气体(标准状况)，则所得溶液的物质的量浓度是_(忽略反应前后溶液体积的变化)。(2)某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置。对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是_。Aa为正极，b为负极；NaClO和NaCl Ba为负极，b为正极；NaClO和NaClCa为阳极，b为阴极；HClO和NaCl Da为阴极，b为阳极；HClO和NaCl(3)实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。某同学利用上图装置，只更换一个电极，通过电解法制取较纯净的Fe(OH)2沉淀，且较长时间不变色。该同学换上的电解材料是_(用元素符号表示)，总的反应式是_。3某小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。(1)该电解槽的阳极反应式为_。此时通过阴离子交换膜的离子数_(填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。(2)制得的氢氧化钾溶液从出口_(填“A”、“B”、“C”或“D”)导出。(3)通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因_。(4)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，则电池正极的反应式为_。考点三应对电化学定量计算的三种方法题组一电化学的有关基本计算1两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时，(设电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)电极上析出银的质量最大为()A27 mg B54 mg C106 mg D216 mg2在如图中，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 molL1 AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 molL1 CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9 g，则(1)电源E为_极，F为_极。(2)A极的电极反应式为_，析出物质_ mol。(3)B极的电极反应式为_，析出气体_ mL(标准状况)。(4)C极的电极反应式为_，析出的物质_ mol。(5)D极的电极反应式为_，析出气体_ mL(标准状况)。(6)甲烧杯中滴入石蕊试液，_极附近变红，如果继续电离，在甲烧杯中最终得到_溶液。题组二分阶段电解的相关计算3500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)0.6 molL1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是()A原混合溶液中c(K)为0.2 molL1 B上述电解过程中共转移0.2 mol电子C电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol D电解后溶液中c(H)为0.2 molL14将等物质的量浓度的CuSO4和NaCl等体积混合后，用石墨电极进行电解，电解过程中，溶液pH随时间t变化的曲线如右图所示，则下列说法错误的是 ()A阳极先析出Cl2，后析出O2，阴极先产生Cu，后析出H2BAB段阳极只产生Cl2，阴极只产生CuCBC段表示在阴极上是H放电产生了H2DCD段相当于电解水5(1)用惰性电极电解400 mL一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化)，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol CuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为_ mol。(2)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为_ mol。(3)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解)，电解过程中转移的电子为_ mol。考点四金属的腐蚀和防护题组一对金属腐蚀快慢的考查1如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为()A B C D2相同材质的铁在下图中各情形下最不易被腐蚀的是()答案C题组二对析氢腐蚀和吸氧腐蚀的考查3按如图所示装置，进行铁钉被腐蚀的实验，一周后观察(设水不蒸发)。(1)若试管中液面上升，发生的是_腐蚀，则正极反应式为_，负极反应式为_。要顺利完成此实验，所用的电解质溶液可以是_。 (2)若试管中液面下降，发生的是_腐蚀，正极反应式为_，负极反应式为_。要顺利完成此实验，所用的电解质溶液可以是_。4如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH4久置的雨水和生铁片。实验时观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。下列说法正确的是()A生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应B雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀C墨水回升时，碳电极反应式为O22H2O4e=4OHD具支试管中溶液pH逐渐减小测试题1(2012山东理综，13)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()A图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小C图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大D图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的2(2012海南，10)下列叙述错误的是()A生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱 B用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈C在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液 D铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀3(2012上海，14)右图装置中发生反应的离子方程式为Zn2HZn2H2，下列说法错误的是()Aa、b不可能是同种材料的电极B该装置可能是电解池，电解质溶液为稀盐酸C该装置可能是原电池，电解质溶液为稀盐酸D该装置可看作是铜锌原电池，电解质溶液是稀硫酸4(2012浙江理综，10)以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下：下列说法不正确的是 ()A在阴极室，发生的电极反应为2H2O2e=2OHH2B在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区H浓度增大，使平衡2CrO2HCr2OH2O向右移动C该制备过程中总反应的化学方程式为4K2CrO44H2O2K2Cr2O74KOH2H2O2D测定阳极液中K和Cr的含量，若K与Cr的物质的量之比(nK/nCr)为d，则此时铬酸钾的转化率为15(2012安徽理综，11)某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是 ()A断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为2H2ClCl2H2B断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红C断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为Cl22e=2ClD断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极62012重庆理综，29(3)人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如下图。电源的负极为_(填“A”或“B”)。阳极室中发生的反应依次为_、_。电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将_；若两极共收集到气体13.44 L(标准状况)，则除去的尿素为_g(忽略气体的溶解)。72012新课标全国卷，36(3)粗铜的电解精炼如右图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极_(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为_；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为_。82011四川理综，26(5)按右图电解NaCl的饱和溶液，写出该电解池中发生反应的总反应方程式： 。将充分电解后所得溶液逐滴加入到酚酞试液中，观察到的现象是_。9(2012海南，16)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2 ，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。回答下列问题：(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为_、_。(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是_，电解氯化钠溶液的总反应方程式为_；(3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为_(法拉第常数F9.65104 C mol1列式计算)，最多能产生的氯气体积为_L(标准状况)。练出高分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阳极电化学保护法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利用如图所示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Fe3e=Fe3B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()ABCD铜的精炼铁上镀银防止Fe被腐蚀构成铜锌原电池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：3I26KOH=5KIKIO33H2O，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()Aa电极发生还原反应B阳极反应式：I6e6OH=IO3H2OC阴极反应式：4OH4e=2H2OO2D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)19。t1时刻a电极得到混合气体，其中Cl2在标准状况下为224 mL(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()Aa电极与电源的负极相连 Bt2时刻，两电极的质量相差3.84 gC电解过程中，溶液的pH不断增大Dt2时刻后，b电极的电极反应是4OH4e=2H2OO27两串联的电解池，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1.6 g Cu时，乙池的阴极上析出0.45 g固体，则乙池的溶质可能是 ()ACu(NO3)2 BAl(NO3)3 CNH4NO3 DMg(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 Na2SO410H2O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45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pH3.8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4OH4e=2H2OO2D铜的相对原子质量为10用惰性电极电解100 mL 4 molL1 Cu(NO3)2溶液，一定时间后在阳极收集到标准状况下气体1.12 L。停止电解，向电解后的溶液中加入足量的铁粉，充分作用后溶液中的Fe2浓度为(设溶液的体积不变) ()A0.75 molL1 B3 molL1 C4 molL1 D3.75 molL111按下图所示装置进行实验，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_；铜极为_极，电极反应式为_；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_。(3)当C2极析出224 mL气体(标准状况)时，锌的质量_(填“增加”或“减少”)_g，CuSO4溶液的质量_(填“增加”或“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11.2 L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PbPbO22H2SO42PbSO42H2O，现设计如图所示装置进行电解(电解液足量)，测得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减小11.2 g。请回