第20讲
电解池 金属的电化学腐蚀与保护
(时间：45分钟 满分：100分)
考 点
题 号
电解原理分析及计算
4、5、6、7、8
金属的腐蚀与防护
2、9
电解原理的综合应用
1、3、10、11
一、选择题(本题共7个小题，每题6分，共42分，每个小题只有一个选项符合题意)
1．(2013·广元联考)化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是
( )。
A．用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．氢氧燃料电池的负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
解析 电池的负极发生的是氧化反应，B不对；粗铜精炼时，纯铜应该连接电源的负极，C错；钢铁发生电化学腐蚀时，铁为负极，D错。
答案 A
2．(2010·北京，6)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
3.铝及铝合金经过阳极氧化，铝表面能生成几十微米厚的氧化铝膜。某研究性学习小组模拟工业法对铝片表面进行氧化处理。分别以铅片、铝片为电极，以硫酸溶液为电解液，按照如图所示装置连接电解池装置，电解40 min后取出铝片，用水冲洗，放在水蒸气中封闭处理20～30 min，即可得到更加致密的氧化膜。下列有关说法正确的是 ( )。
A．电解时电子从电源负极→导线→铝极，铅极→导线→电源正级
B．在电解过程中，H＋向阳极移动，SO向阴极移动
C．电解过程阳极周围溶液的pH下降
D．电解的总反应为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
解析 根据装置示意图分析，铝片为阳极，铅片为阴极，所以电解时电子的流向为从电源负极→导线→铅极，铝极→导线→电源正极，A项错误；电解过程中，阳离子向阴极移动，阴离子则向阳极移动，B项不正确；根据题意，电解的总反应为：2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑，阳极的电极反应为：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，阳极周围的pH下降，C项正确，而D项错误。
答案 C
4．(2013·天津模拟)臭氧是常见的强氧化剂，广泛用于水处理系统。制取臭氧的方法很多，其中高压放电法和电解纯水法原理如下图所示，下列有关说法不正确的是 ( )。
A．高压放电法，反应的原理为3O22O3
B．高压放电出来的空气中，除含臭氧外还含有氮的氧化物
C．电解时，电极b周围发生的电极反应有3H2O－6e－===O3↑＋6H＋和
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．电解时，H＋由电极a经聚合固体电解质膜流向电极b
解析 高压放电法与闪电条件下氧气部分转化为臭氧类似，其反应的原理为：3O22O3，因空气中还含有氮气，放电条件下，氮气也能与氧气反应，故有氮氧化物生成，A、B两项均正确；观察上图电解法制臭氧，可发现有氢气放出，必由水还原生成，发生还原反应，故a为阴极；同理，由水生成氧气和臭氧，发生氧化反应，C项正确；因b为阳极，电解质中的阳离子移向阴极，故D项错误。
答案 D
5．(2013·大连调研)如图，a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。下列说法正确的是( )。
A．X极是电源负极，Y极是电源正极
B．a极的电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑
C．电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大
D．Pt极上有6.4 g Cu析出时，b极产生2.24 L(标准状况)气体
解析 由题意知b极为阴极，a极为阳极，a极发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，Y为负极，X为正极，故A项错误，B项正确，Pt极上的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，溶液的酸性增强，pH减小，Pt极上产生O2，Cu极上有Cu析出，C、D项均错误。
答案 B
6．(2013·长沙调研)如图所示甲、乙两个装置，所盛溶液体积和浓度均相同且足量，当两装置电路中通过的电子都是1 mol时，下列说法不正确的是( )。
A．溶液的质量变化：甲减小乙增大
B．溶液pH变化：甲减小乙增大
C．相同条件下产生气体的体积：V甲＝V乙
D．电极反应式：甲中阴极为Cu2＋＋2e－===Cu，乙中负极为Mg－2e－===Mg2＋
解析 甲中总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，乙中总反应为Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑，故甲溶液质量减小，乙溶液质量增大，A对；甲中生成H2SO4，pH减小，乙中消耗盐酸，pH增大，B对；当两装置电路中通过的电子都是1 mol时，甲中产生0.25 mol O2，乙中产生0.5 mol H2，故相同条件下，甲乙中产生气体的体积比为1∶2，C错；甲中阴极为Cu2＋放电，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，乙中负极为Mg放电，电极反应为Mg－2e－===Mg2＋，D对。
答案 C
7．(2013·成都二模)500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，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 mol·L－1
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 mol·L－1
解析 石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑。阳极收集到O2为2.24 L这个事实可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子，阴极生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。
答案 A
二、非选择题(本题共4个小题，共58分)
8.(14分) (2012·绵阳模拟)电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a：X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液，则
①电解池中X电极上的电极反应式为________，在X电极附近观察到的现象是__________________________________________。
②Y电极上的电极反应式为______________，检验该电极反应产物的方法是_____________________________________________________________
__________________________________________________________。
(2)如用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则
①X电极的材料是________，电极反应式为________________________________________________________________。
②Y电极的材料是________，电极反应式为________(说明：杂质发生的电极反应不必写出)。
答案 (1)①2H＋＋2e－===H2↑ 放出气体，溶液变红
②2Cl－－2e－===Cl2↑ 把湿润的淀粉－碘化钾试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色
(2)①纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②粗铜 Cu－2e－===Cu2＋
9．(15分)对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。
(1)以下为铝材表面处理的一种方法：
①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是_________________________________________________________________
(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的________。
a．NH3 b．CO2 c．NaOH d．HNO3
②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________。取少量废电解液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是______________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是_______________________________________________________________。
(3)利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。
若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为______________。
解析 (1)①题中指出在碱洗时有气泡产生，则只有金属铝与碱反应才符合条件，故碱洗过程中发生反应的离子方程式为Al2O3＋2OH－＋H2O===2AlO、2Al＋2OH－＋4H2O===2AlO＋3H2↑。碱洗后溶液中含有大量AlO，故最好通入CO2气体使AlO转化为Al(OH)3沉淀以回收铝。②活泼金属作阳极，阳极材料本身失电子被氧化，其氧化产物为Al2O3，由此可得阳极反应式为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋。加入NaHCO3溶液后，Al3＋与HCO发生相互促进的水解反应，离子方程式可表示为Al3＋＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑。(2)电镀时若用石墨作阳极，则电解过程中电解液中Cu2＋浓度不断减小，导致铁表面不能镀上均匀的铜。(3)若X为碳棒，则只能用外加电源的阴极保护法，此时开关K应置于N处。若X为Zn，K置于M处，其保护原理为牺牲阳极的阴极保护法。
答案 (1)①2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ b ②2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋ HCO与Al3＋发生水解相互促进反应，产生Al(OH)3沉淀 (2)补充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋浓度恒定 (3)N 牺牲阳极的阴极保护法
10．(14分)(2013·山西六校联考)硒是制光电池的一种原料，人体缺少硒就会得“克山病”，从电解精炼铜的阳极泥中提取硒的流程如下：
请回答下列问题：
(1)
实验室中电解精炼铜的简易装置如图所示，请在图中标出电极材料和电解液的名称。
(2)阳极泥中硒以Se、Ag2Se、Cu2Se等形式存在，Se与浓硫酸反应的化学方程式为________________________________________________________。
(3)SeO2溶于水得H2SeO3(Ka1＝3.5×10－3，Ka2＝5.0×10－8)，亚硒酸溶液与SO2反应制硒的离子方程式为__________________________________________
________________________________________________________________。
电解亚硒酸溶液可制得强酸H2SeO4，则电解时的阳极反应式为_______________________________________________________________。
(4)上述硒的提取过程中存在的主要问题是_____________________________________________________________
_______________________________________________________________。
解析 (1)电解精炼铜时粗铜作阳极，精铜作阴极，CuSO4溶液作电解液。(2)根据流程图可知硒的氧化产物为SeO2，浓硫酸的还原产物为SO2，由此可得出化学方程式。(3)根据题中提示H2SeO3是弱酸，在离子方程式中应写化学式。电解亚硒酸溶液时，阳极发生氧化反应生成硒酸。
答案 (1)左侧：粗铜 右侧：精铜 电解液：硫酸铜溶液
(2)Se＋2H2SO4(浓)SeO2↑＋2SO2↑＋2H2O
(3)H2SeO3＋2SO2＋H2O===Se＋2SO＋4H＋
H2SeO3－2e－＋H2O===SeO＋4H＋
(4)浓硫酸的腐蚀性强 焙烧过程中产生大量有毒气体SO2，污染环境(其他合理答案亦可)
11．(15分) (2013·资阳模拟)如下图装置所示，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：
(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应该是________(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，则甲中发生总反应的离子方程式是_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
解析 (1)F极附近呈红色，说明F是阴极，E是阳极，则A为正极，B为负极。甲中因Cu2＋放电使溶液颜色变浅。丁中Y极附近颜色变深，说明Fe(OH)3胶粒向阴极移动，即Fe(OH)3胶粒带正电荷。(2)C、D、E、F的电极产物分别为O2、Cu、Cl2、H2，由于电路中通过的电量相等，所以其物质的量之比为1∶2∶2∶2。(3)乙中溶液pH＝13，生成n(NaOH)＝0.1 mol·L－1×0.5 L＝0.05 mol，电路中通过的电子的物质的量为0.05 mol，所以丙中镀件上析出银的质量为0.05 mol×108 g·mol－1＝5.4 g。(4)当活性金属作阳极时，金属先于溶液中的阴离子放电而溶解，故甲中发生反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋Fe2＋＋Cu。
答案 (1)负极 逐渐变浅 氢氧化铁胶体粒子带正电荷
(2)1∶2∶2∶2
(3)镀件 AgNO3 5.4 g 变小
(4)Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋
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