化学 专题五 第三单元 电池 金属的腐蚀与防护试题
第三单元 电解池 金属的腐蚀与防护
一、选择题
1．关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是( )
A．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色
B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色
C．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
解析 电解食盐水时发生的反应：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
总反应：2NaCl＋2H2O电解(电解C)2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。对照选项分析，A错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2，滴加KI溶液后发生反应：Cl2＋2I－===I2＋2Cl－，溶液呈棕色，B正确；阴极上是H2O电离产生的H＋放电产生H2，不是Na＋放电生成钠，C错误；电解后生成NaOH溶液呈碱性，D错误。
答案 B
2．如图为某电化学装置的一部分，已知两极反应式分别为a极：Cu2＋＋2e－===Cu，b极：Fe－2e－===Fe2＋。下列说法不正确的是( )
A．a极上发生还原反应
B．a、b可以是同种电极材料
C．该装置一定是原电池装置
D．该装置的电解质溶液中一定含有Cu2＋
解析 该装置可能是电解池，a为阴极(电极材料可以是铝、铁、铜、石墨等)，b为阳极(电极材料是铁)；也可能是原电池，a为正极，b为负极，C错误，A、B、D正确。
答案 C
3．关于如图所示①、②两个装置的叙述评价正确的是( )。
选择 叙述 评价 A 装置名称：①是电解池，②是原电池 错误 B 硫酸浓度变化：①增大，②减小 正确 C 电极反应式：①中阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
②中正极：Zn－2e－===Zn2＋ 正确 D 离子移动方向：①中H＋向阴极方向移动
②中H＋向正极方向移动 错误
解析 A项，叙述正确，评价错误；B项，前者电解H2O，后者消耗H2SO4，叙述正确，评价正确；C项，①中阳极反应正确，②中正极为H＋放电，错误；D项，叙述正确，评价错误。
答案 B
4．镍锌电池具有绿色环保、大电流、性能好等优点，是电动玩具和数码产品的理想电源，如图是其工作原理示意图。下列说法正确的是 ( )。
A．a为电池负极，电池放电时发生还原反应
B．电池放电时，负极附近区域pH升高
C．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2－2e－＋2OH－===2NiOOH＋2H2O
D．电池充电时，总反应为Zn＋2NiOOH＋H2O===ZnO＋2Ni(OH)2
解析 电解质溶液为强碱溶液，放电时电池负极反应应为：Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，锌被氧化，负极附近溶液pH降低；正极反应为2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－。电池充电时，阳极反应为正极的逆反应，阴极反应为负极的逆反应；D项反应为电池的放电总反应。
答案 C
5．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是 ( )。
A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护
B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀
C．钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀
D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋
解析 在外加电流保护时，被保护的金属要与电源的负极相连，A项错。铁与铜接触易构成原电池，铁作负极，铁更易被腐蚀，C项错。铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－2e－===Fe2＋。
答案 B
6．用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有H2和O2生成。则电解一段时间后，下列有关该溶液(与电解前同温度)的说法中，正确的有
( )。
①该溶液的pH可能增大 ②该溶液的pH可能减小
③该溶液的pH可能不变 ④该溶液的浓度可能增大 ⑤该溶液的浓度可能不变 ⑥该溶液的浓度可能减小
A．三种 B．四种
C．五种 D．六种
解析 若电解的是不饱和的强碱(如NaOH)溶液，则电解后溶液的pH增大，浓度增大；若电解的是不饱和的非还原性的含氧酸(如H2SO4)，则对应溶液的pH将降低，浓度增大；若电解的是活泼金属的含氧酸盐(如Na2SO4)的饱和溶液，则溶液pH保持不变，浓度不变。
答案 C
7．图中X为电源，Y为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。下列判断正确的是 ( )。
A．滤纸上c点附近会变红色
B．Cu电极质量减小，Pt电极质量增大
C．Z中溶液的pH先减小，后增大
D．溶液中的SO向Cu电极定向移动
解析 紫红色斑即MnO向d端扩散，根据阴离子向阳极移动的原理，可知d端为阳极，即b为正极，a为负极。c端为阴极，NaCl溶液中H＋放电，产生OH－，c点附近会变红色，A正确。电解硫酸铜溶液时，Pt为阳极，溶液中的OH－放电：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，Cu为阴极，溶液中的Cu2＋得电子，生成铜，总反应式为2CuSO4＋2H2O电解(电解S)2Cu＋O2↑＋2H2SO4，Pt电极附近生成H＋，则SO向Pt极移动，B、D不正确。随着电解的进行，Z中溶液变为硫酸溶液，再电解则为电解水，硫酸浓度不断增大，pH不断减小，C不正确。
答案 A
二、非选择题
8．下列四种装置中，①盛200 mL 0.005 mol·L－1硫酸铜溶液 ②盛200 mL 0.01 mol·L－1硫酸 ③盛200 mL氯化锌溶液 ④盛200 mL氯化钾溶液。
(1)上述四种装置中，为电解池的是________(用编号回答)，装置①中两电极的电极反应式分别是____________________________________(注明电极名称)；
(2)用离子方程式回答：通电时装置④中的总反应是______________ ______________，溶液中可能发生的副反应是______________ ______________；
(3)工作一段时间后，测得导线上均通过0.002 mol电子，则上述四种装置中溶液pH最小的是________(用编号回答，溶液体积变化忽略不计)；
(4)若将装置④中的外加电源拆去，用导线将两个电极连接，则Fe极上发生的反应是________________________，C极上发生的反应是__________ _________________________________________________。
解析 (1)电解池的标志是有外加电源，①③④中都有直流电源，①③④是电解池。 (2)装置④中就是惰性电极电解氯化钾溶液，生成氢气、氯气、KOH，其中Cl2与KOH会发生氧化还原反应。
(3)工作一段时间后，①②③溶液呈现酸性，④中呈碱性，通过0.002 mol电子时，①中生成H＋为0.002 mol，H＋浓度为0.01 mol·L－1；②中消耗H＋为0.002 mol，剩余H＋为0.01 mol·L－1×2×200×10－3 L－0.002 mol＝0.002 mol，同时溶液中的硫酸锌也会水解；③中为氯化锌溶液，其酸性是由Zn2＋水解所得，酸性较弱，所以②中酸性最强，pH最小。
(4)若将装置④中的外加电源拆去，用导线将两个电极连接，因为氯化钾溶液是中性溶液，所以装置④就成了电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。
答案 (1)①③④ 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
(2)2Cl－＋2H2O电解(电解2)H2↑＋Cl2↑＋2OH－ Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
(3)② (4)2Fe－4e－===2Fe2＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
9．在如图所示的装置中，若通入直流电5 min时，铜电极质量增加2.16
g，试回答：
(1)电源电极X名称为_____________________________________________________。 (2)pH变化：(填"增大"、"减小"或"不变")A________，B________，C_______。
(3)通电5 min时，B中共收集224 mL气体(标准状况)，溶液体积为200 mL。则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。 (4)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为________(设电解前后溶液体积无变化)。
解析 (1)C装置的铜电极质量增加，说明铜极上有金属析出，即溶液中的银离子被还原生成银单质，故铜极为阴极，由此可确定X极为负极。
(2)A装置是电解KCl溶液，阴极析出氢气，阳极析出氯气，溶液中氢氧根离子浓度增大。B装置阴极上先析出铜，当铜离子消耗完后析出氢气，而阳极上析出氧气，溶液中氢离子浓度增大。C装置阴极析出银单质，阳极上的银失去电子变成银离子，理论上溶液的物质的量浓度不变。
(3)B装置两极上电子转移的数目与C装置中转移的电子数目相同。C装置中转移的电子数目为＝0.02 mol。经判断，B装置两极上的反应为：
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
根据题意可得：
2n(H2)＋2n(Cu)＝4n(O2)＝0.02 mol，n(H2)＋n(O2)＝，解得n(Cu)＝0.005 mol，CuSO4溶液的物质的量浓度为：
0．005 mol/0.2 L＝0.025 mol/L
(4)A装置的反应为：
2KCl＋2H2O电解(电解l)2KOH＋H2↑＋Cl2↑
即反应中电子转移的物质的量与生成的氢氧根离子的物质的量相等，为0.02 mol。c(OH－)＝＝0.1 mol/L，故pH＝13。
答案 (1)负极 (2)增大 减小 不变 (3)0.025 mol/L (4)13
10．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5.12 g，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。
解析 (1)在中性溶液中发生吸氧腐蚀，将虚线中改为直流电源，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2.56 g，即0.04 mol，故电镀过程中电路中通过电子的物质的量为0.08 mol；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－＋2H2O===4OH－
②如图所示
③2Cl－－2e－===Cl2↑
(2)2FeCl3＋Fe===3FeCl2
(3)①a Cu2＋＋2e－===Cu ②0.08 mol ③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
11．(14分)电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀。Fe(OH)3沉淀有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中的悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去浮渣层，即起到了浮选净化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置如图所示：
(1)实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，则无法使悬浮物形成浮渣。此时，应向污水中加入适量的________(填序号)。
a．H2SO4 b．BaSO4
c．Na2SO4 d．NaOH
e．CH3CH2OH
(2)电解池阳极的电极反应式分别是①____________________；②4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
(3)电极反应①和②的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是_____________________________________________________。
(4)熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极。
已知负极的电极反应式：CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O。
①正极的电极反应式为_______________________________________。
②为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此电池工作时必须有部分A物质参加循环，则A物质的化学式是_____________ ________________________________________________________。
(5)实验过程中，若在阴极产生了44.8 L(标准状况)气体，则熔融盐燃料电池消耗CH4________ L(标准状况)。
解析 (1)通过电解生成Fe(OH)3沉淀，不能加酸，a项不符合；BaSO4难溶于水，b项不符合；Na2SO4对电解产物没有影响，可以增强导电能力，故c项符合；保持污水的pH在5.0～6.0之间，NaOH显然不符合；CH3CH2OH为非电解质，导电能力差，e项不符合。(2)燃料电池中，通入CH4的一极为负极，通入空气的一极为正极，故烧杯中铁为阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。(3)电极反应①和②的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋。(4)①已知负极的电极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O，而总的反应化学方程式为CH4＋2O2===CO2＋2H2O，用总反应化学方程式减去负极的电极反应式得正极的电极反应式，为O2＋2CO2＋4e－===2CO。②根据电极反应式知，A物质的化学式应是CO2。(5)阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，产生44.8 L(标准状况)气体，转移4 mol电子；根据CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O知，熔融盐燃料电池消耗CH4 11.2 L(标准状况)。
答案 (1)c (2)Fe－2e－===Fe2＋ (3)4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋ (4)①O2＋2CO2＋4e－===2CO(2O2＋4CO2＋8e－===4CO)
②CO2 (5)11.2
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