(人教版)2020年高考化学一轮综合复习 第六章 第22讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护练习

现有两个电池Ⅰ、Ⅱ,装置如图所示。

下列说法正确的是( ) A.Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同 B.能量转化形式不同

C.Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率 D.5min后,Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质 答案 C

解析 装置Ⅰ中铜与氯化铁直接接触,会在铜极表面发生反应,导致部分能量损失(或部分电子没有通过电路),导致电流效率降低。而装置Ⅱ采用阴离子交换膜,铜与氯化铜接触,不会发生副反应,电流效率高于装置Ⅰ。放电一段时间后,装置Ⅰ中生成氯化铜和氯化亚铁,装置Ⅱ中交换膜左侧生成氯化铜,右侧生成了氯化亚铁,可能含氯化铁。

2.(提高产品纯度)(2017·太原市第五中学高三检测)工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是( )

已知:①Ni在弱酸性溶液中发生水解; ②氧化性:Ni(高浓度)>H>Ni(低浓度)。 A.碳棒上发生的电极反应:4OH-4e===O2↑+2H2O B.电解过程中,B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小 C.为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水的pH

D.若将图中阳离子膜去掉,将A、B两室合并,则电解反应总方程式发生改变 答案 B

解析 电极反应式为

阳极:4OH-4e===2H2O+O2↑

阴极:Ni+2e===Ni、2H+2e===H2↑

A项正确;B项,由于C室中Ni、H不断减少,Cl通过阴离子膜从C室移向B室,A室中OH

2+

2+

2+

2+

2+

不断减少,Na通过阳离子膜从A室移向B室,所以B室中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大,

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错误;C项,由于H的氧化性大于Ni(低浓度)的氧化性,所以为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水的pH,正确;D项,若去掉阳离子膜,在阳极Cl首先放电生成Cl2,反应总方程式发生改变,正确。

3.(限制离子迁移)某原电池装置如下图所示,电池总反应为2Ag+Cl2===2AgCl。

+2+

(1)当电路中转移amole时,交换膜左侧溶液中约减少________mol离子。交换膜右侧溶液中

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c(HCl)________(填“>”“<”或“=”)1mol·L(忽略溶液体积变化)。

(2)若质子交换膜换成阴离子交换膜,其他不变。若有11.2L氯气(标准状况)参与反应,则必有________mol________(填离子符号)由交换膜________侧通过交换膜向________侧迁移。交换膜右侧溶液中c(HCl)______(填“>”“<”或“=”)1mol·L(忽略溶液体积变化)。 答案 (1)2a > (2)1 Cl 右 左 =

解析 (1)正极的电极反应式为Cl2+2e===2Cl,负极的电极反应式为Ag-e+Cl===AgCl,隔膜只允许氢离子通过,转移amol电子,必有amolCl沉淀。为了维持电荷平衡,交换膜左侧溶液中必有amolH向交换膜右侧迁移,故交换膜左侧共减少2amol离子(amolCl+amolH)。交换膜右侧溶液中氯化氢浓度增大。

(2)n(Cl2)=0.5mol,n(Cl)=1mol。正极的电极反应式为Cl2+2e===2Cl,n(e)=1mol,Ag-e+Cl===AgCl,交换膜右侧溶液中增加了1mol负电荷(或增加了1molCl),左侧减少了1mol负电荷(或减少了1molCl)。如果质子交换膜换成阴离子交换膜,只允许阴离子(Cl)通过交换膜,不允许H通过。为了维持电荷平衡,必有1molCl从交换膜右侧溶液中通过交换膜向左侧迁移,氯离子迁移之后,两侧溶液中盐酸浓度保持不变。

解这类问题可以分三步:第一步,分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种,判断允许哪种离子通过隔膜。第二步,写出电极反应式,判断交换膜两侧离子变化,推断电荷变化,根据电荷平衡判断离子迁移方向。第三步,分析隔膜作用。充当盐桥的作用,除起导电作用外,还能起到隔离作用,避免电极与电解质溶液或产物之间发生反应,避免产物因发生反应而造成危险等。

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考点三 金属的腐蚀与防护

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1.金属腐蚀的本质

金属原子失去电子变为金属阳离子,金属发生氧化反应。 2.金属腐蚀的类型 (1)化学腐蚀与电化学腐蚀

类型 条件 现象 本质 联系

(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析:

类型 条件 电极反应 负极 正极 +-化学腐蚀 金属跟非金属单质直接接触 无电流产生 金属被氧化 电化学腐蚀 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 有微弱电流产生 较活泼金属被氧化 两者往往同时发生,电化学腐蚀更普遍 析氢腐蚀 水膜酸性较强(pH≤4.3) -吸氧腐蚀 水膜酸性很弱或呈中性 2+Fe-2e===Fe 2H+2e===H2↑ Fe+2H===Fe+H2↑ +2+O2+2H2O+4e===4OH 2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2 --总反应式 联系

3.金属的防护 (1)电化学防护

吸氧腐蚀更普遍 ①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理 a.负极:比被保护金属活泼的金属; b.正极:被保护的金属设备。 ②外加电流的阴极保护法—电解原理 a.阴极:被保护的金属设备; b.阳极:惰性金属或石墨。

(2)改变金属的内部结构,如制成合金、不锈钢等。

(3)加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。

(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(×) (2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(×) (3)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁失去电子生成Fe(×)

3+

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(4)在金属表面覆盖保护层,若保护层破损后,就完全失去了对金属的保护作用(×) (5)若在海轮外壳上附着一些铜块,则可以减缓海轮外壳的腐蚀(×) (6)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀(√) (7)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性(√) (8)自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致(√)

(1)A、B两装置长时间露置于空气中,A发生析氢腐蚀,B发生吸氧腐蚀。

(2)利用如图装置,可以模拟铁的电化学防护。

为减缓铁的腐蚀

①若开关K置于N处,则X应为碳棒或Pt等惰性电极,该电化学防护法为外加电流的阴极保护法。

②若开关K置于M处,则X应为比铁活泼的金属Zn等,该电化学防护法称为牺牲阳极的阴极保护法。

题组一 腐蚀快慢与防护方法的比较

1.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为( )

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