选修4 第四章 第二讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护

必修4 第四章 第二讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护(计时：45分钟 满分：100分)一、选择题(本大题共10小题，每小题5分，共50分)1．下列说法正确的是( )A ．氯碱工业中，烧碱在阳极区生成B ．电解熔融氯化铝制取金属铝C ．电镀时，用镀层金属作阳极D ．将钢闸门与外电源正极相连，可防止其腐蚀解析 A 项，阳极是氯离子放电，生成氯气，阴极是氢离子放电生成氢气，同时生成氢氧化钠，错误；B 项，金属铝的制取是电解熔融的氧化铝，错误；C 项，电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，正确；D 项，将钢闸门与外接电源负极相连，是外接电源的阴极保护法，错误。

答案 C2．(2015·湖南检测)某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al 电极，其他均为Cu 电极，则下列叙述正确的是( )A ．电子流动方向：电极Ⅳ→A →电极ⅠB ．电极Ⅰ发生氧化反应C ．电极Ⅱ质量不变D ．电极Ⅲ的电极反应：Cu 2＋＋2e －===Cu解析 由题给装置可知，左边烧杯和中间烧杯组成一个原电池装置，Al 作负极，Cu 作正极，右边烧杯是一个电解池装置。

电子从负极流出，即电子流动方向：电极Ⅰ→A →电极Ⅳ，A 项错误；电极Ⅰ是负极，发生氧化反应，B 项正确；电极Ⅱ上Cu 2＋得电子生成单质铜，电极Ⅱ质量增加，C 项错误；电极Ⅲ与原电池的正极相连，是阳极，发生反应Cu －2e －===Cu 2＋，D 项错误。

答案 B3．下列关于电解NaNO 3溶液的叙述正确的是( )A ．随着电解的进行，溶液的pH 减小B ．OH －向阳极移动，阳极附近溶液呈碱性C ．NO －3向阳极移动，Na ＋向阴极移动，分别在对应的电极上放电D ．阴极上H ＋得电子被还原成H 2，使阴极附近的溶液呈碱性解析 2H 2O=====电解2H 2↑＋O 2↑，电解的过程中溶液pH 不变，A 项错；阳极因4OH －－4e －===O 2↑＋2H 2O 而破坏附近水的电离使c (H ＋)>c (OH －)呈酸性，B 项错；在阴、阳极上分别是H ＋、OH －放电，C 项错。

答案 D4．下面有关电化学的图示，完全正确的是( )解析在Cu－Zn原电池中，Zn为负极，A项错误；电解精炼铜时粗铜为阳极，精铜为阴极，B项错误；在铁上镀锌时，应让镀层金属锌作阳极，镀件铁作阴极，C项错误；电解饱和食盐水时阳极上产生Cl2，可用淀粉碘化钾溶液检验，阴极上产生的H2可用向下排空气法收集后点燃验证，生成的NaOH用酚酞检验，D项正确。

答案 D5．如图所示，a、b是两根石墨棒。

下列叙述正确的是()A．a是正极，发生还原反应B．b是阳极，发生氧化反应C．稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变D．往滤纸上滴加酚酞试液，a极附近颜色变红解析a是阳极，发生氧化反应；b是阴极，发生还原反应；在反应过程中，硫酸根离子没有参与反应，因此稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变；往滤纸上滴加酚酞试液，b极附近颜色变红。

答案 C6．下列有关电化学装置的说法正确的是()A．利用图a装置处理银器表面的黑斑Ag2S，银器表面发生的反应为Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－B．图b电解一段时间，铜电极溶解，石墨电极上有亮红色物质析出C．图c中的X极若为负极，则该装置可实现粗铜的精炼D．图d中若M是海水，该装置是通过“牺牲阳极的阴极保护法”使铁不被腐蚀解析A项，铝作负极，Ag2S作正极得电子生成Ag，正确；B项，铜接电源负极，为阴极，质量增加，错误；C项，电解精炼铜，粗铜作阳极应接电源的正极，错误；D项，“牺牲阳极的阴极保护法”是应用原电池工作原理，此为电解池，错误。

答案 A7．下列有关金属腐蚀与保护的说法正确的是()A．铁上镀锌的保护方法叫牺牲负极的正极保护法B．相同条件下，轮船在海水中比在淡水中腐蚀慢C．水库里钢闸门与电源负极相连的方法叫作外加电流的阴极保护法D．钢铁在潮湿空气中发生吸氧腐蚀，负极反应为Fe－3e－===Fe3＋解析A项，铁上镀锌是覆盖保护膜的方法，错误；B项，海水中电解质浓度大，导电性好，易形成原电池，发生腐蚀速率快，错误；D项，Fe被氧化成Fe2＋，错误。

答案 C8．原电池与电解池在生活和生产中有着广泛应用。

下列有关判断中错误的是()A．装置①研究的是电解CuCl2溶液，b电极上有红色固体析出B．装置②研究的是金属的吸氧腐蚀，Fe上的反应为Fe－2e－===Fe2＋C．装置③研究的是电解饱和食盐水，B电极发生的反应：2Cl－－2e－===Cl2↑D．三个装置中涉及的主要反应都是氧化还原反应解析装置②中右边导气管中液面上升，说明左边大试管中氧气减少，B项正确；由电源正负极可知B电极发生得电子的还原反应，C项错误。

答案 C9.图中X为电源，Y为浸透饱和硫酸钠溶液的滤纸，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．c电极的电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑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．a为电源正极，b为电源负极解析根据Y中央的紫红色斑向d端扩散，可知a为负极，b为正极，D项错误；c为阴极，电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑，A项正确；在Z装置中Cu为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，质量增大，Pt电极为阳极，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，质量不变，电解一段时间后，溶液的pH 减小，不可能增大，故B、C项错误。

答案 A10．右图装置中X和Y均为石墨电极，电解液为500 mL某蓝色溶液，电解一段时间，观察到X电极表面有红色的固态物质生成，Y电极有无色气体生成；溶液中原有溶质完全电解后，停止电解，取出X电极，洗涤、干燥、称量，电极增重1.6 g。

下列有关说法中不正确的是()A．X电极是阴极B．Y电极产生气体的体积为0.224 L(标准状况下)C．电解后溶液的pH＝1D．要使电解后溶液恢复到电解前的状态，需加入一定量的CuO或CuCO3解析由蓝色溶液和红色固体可知电解质溶液为铜盐，X电极为阴极，发生Cu2＋＋2e－===Cu，n(Cu)＝0.025 mol，Y为阳极，无色气体为O2，发生4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，依据得失电子守恒生成n(O2)＝0.012 5 mol，在标准状况下体积为0.28 L，消耗n(OH－)＝0.05 mol，生成n(H＋)＝0.05 mol，c(H＋)＝0.1 mol·L－1，C、D项正确。

答案 B二、非选择题(本大题共4小题，共50分)11．(12分)(1)在298 K时，1 mol CH4在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和液态水，放出热量890.0 kJ。

写出该反应的热化学方程式___________________________________________________________________________________________ _。

现有CH4和CO的混合气体0.75 mol，完全燃烧后，生成CO2气体和18 g液态水，并放出515 kJ热量，则CH4和CO的物质的量分别为________ mol、________mol。

(2)利用甲烷的燃烧反应设计一个燃料电池：用氢氧化钾溶液作电解质溶液，多孔石墨作电极，在电极上分别通入甲烷和氧气。

通入甲烷气体的电极应为________极(填“正”或“负”)，该电极上发生的电极反应是________(填字母)。

a ．CH 4－e －＋2O 2===CO 2＋2H 2Ob ．CH 4－8e －＋10OH －===CO 2－3＋7H 2Oc ．O 2＋2H 2O ＋4e －===4OH －d ．O 2－4e －＋4H ＋===2H 2O(3)在如图所示实验装置中，石墨电极上的电极反应式为____________________________________________________________________________________；如果起始时烧杯盛有1 000 mL pH ＝5的硫酸铜溶液(25 ℃，CuSO 4足量)，一段时间后溶液的pH 变为1，此时可观察到的现象是___________________________________ ____________________________________________；若要使溶液恢复起始浓度(温度不变，忽略溶液体积的变化)，可向溶液中加入________(填物质名称)，其质量约为________。

解析 (1)生成的水为18 g 即1 mol ，故甲烷为0.5 mol ，由此可确定CO 为0.25 mol 。

(2)CH 4在负极上失去电子，在碱性条件下碳元素转化为CO 2－3，氢元素转化为H 2O ，由此可确定对应的电极反应。

(3)石墨电极作阳极，溶液中的OH －失去电子生成O 2，Cu 2＋在铁电极上得到电子生成Cu 单质析出，相应的现象为石墨电极上有气体生成，铁电极上有红色固体析出，溶液颜色变浅；当pH ＝1时，溶液中n (H ＋)＝0.1 mol ，原溶液pH ＝5，溶液中n (H ＋)＝10－5 mol ，故电解生成的n (H ＋)＝0.1 mol －10－5 mol ≈0.1 mol ，由2CuSO 4＋2H 2O=====通电2Cu ＋O 2↑＋2H 2SO 4知，有0.05 mol 硫酸铜被电解了，故需要加入0.05 mol CuO 或0.05 mol CuCO 3(质量为4 g 或6.2 g)才能使溶液恢复起始浓度。

答案 (1)CH 4(g)＋2O 2(g)===CO 2(g)＋2H 2O(l)ΔH ＝－890.0 kJ/mol 0.5 0.25(2)负 b(3)4OH －－4e －===O 2↑＋2H 2O(或写成2H 2O －4e －===O 2↑＋4H ＋) 石墨电极表面有气泡产生，铁电极上附着一层红色物质，溶液颜色变浅(按3个现象给分) 氧化铜(或碳酸铜) 4 g(或6.2 g)12．(12分)将含有CuSO 4、NaCl 、KNO 3各1 mol 的溶液分别置于甲、乙、丙三个烧杯中进行电解(电极均为石墨且质量相等)，如图1所示。

接通电源一段时间后，b 电极质量增加；常温下，三个烧杯中溶液的pH 随通电时间的变化如图2。

(1)M 是直流电源的________(填“正极”或“负极”)；c 电极的电极反应式为________________________________ ________________________________________。

(2)0～t 1 s 内，e 电极上生成的气体在标准状况下的体积为________L ，t 1 s 时，电极b 、c 的质量差为________g 。