专题31 电化学综合应用.docx

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专题31电化学综合应用

专题31电化学综合应用

【知识框架】 

【基础回顾】 

一、三池（原电池、电解池、电镀池）比较 

二、金属腐蚀及防护 

1、金属腐蚀的种类 

2、金属的防护 

（1）电化学防护 

　　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。

（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。

【技能方法】 

电化学定量计算方法与技巧 

1、计算类型 

　　原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。

2、方法技巧 

（1）根据电子守恒计算 

　　用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。

（2）根据总反应式计算 

先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算 

（3）根据关系式计算 

　　根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

　　如以通过4mole－为桥梁可构建如下关系式：

（式中M为金属，n为其离子的化合价数值） 

　　该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。

【提示】在电化学计算中，还常利用Q＝I•t和Q＝n（e-）×NA×1.60×10-19C来计算电路中通过的电量。

【基础达标】 

1．【江西省崇义中学2015届高三上学期月考（4）】下列关于原电池和电解池的叙述正确的是（　　） 

　A．原电池中失去电子的电极为阴极 

　B．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成 

　C．原电池的负极、电解池的阳极都发生氧化反应 

　D．电解时电解池的阳极一定是阴离子放电 

【答案】C 

【解析】 

　　试题分析：

A．原电池中失去电子的电极为负极，错误；B．原电池的两极是由活动性不同的电极组成，可能是两种金属组成，也可能是金属与非金属构成，错误；C．原电池的负极、电解池的阳极都是失去电子发生氧化反应，正确；D．电解时电解池的阳极若是惰性电极，则是阴离子放电；若是活性电极，则是电极本身失去电子，发生氧化反应，错误。

考点：

考查关于原电池和电解池的名称、构成材料、电极反应及反应的物质的判断的知识。

2．铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法错误的是（　　） 

　A．正极电极反应式为：

2H＋＋2e-===H2↑ 

　B．此过程中还涉及到反应：

4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3 

　C．此过程中Cu并不被腐蚀 

　D．此过程中电子从Fe移向Cu 

【答案】A 

【解析】 

　　铁、铜接触处在潮湿空气中发生吸氧腐蚀，其中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e-===Fe2＋，Cu作正极，电极反应式为O2＋4e-＋2H2O===4OH-，原电池反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2，但Fe（OH）2易与空气中的O2发生反应4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3. 

3．【山西大学附属中学2015届高三12月月考化学试题】关于右图装置说法正确的是（　　） 

　A．装置中电子移动的途径是：

负极FeM溶液石墨正极 

　B．若M为NaCl溶液，通电一段时间后，溶液中可能有NaClO 

　C．若M为FeCl2溶液，可以实现石墨上镀铁 

　D．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 

【答案】B 

【解析】 

　　试题分析：

A．装置中电子移动的途径是：

负极到Fe电极；然后是溶液中的阴离子在阳极石墨放电到电源的正极，错误；B．若M为NaCl溶液，通电一段时间后，阳极产生H2，溶液中的NaOH与阳极产生的Cl2发生反应产生NaCl和NaClO，所以溶液中可能有NaClO，正确；C．若M为FeCl2溶液，在阳极溶液中的Fe2+失去电子变为Fe3+，所以不可能实现石墨上镀铁，错误；D．若M是海水，该装置是电解池，是外接电源的阴极保护方法使铁不被腐蚀，不是“牺牲阳极的阴极保护法”，错误。

考点：

考查电解原理的应用的知识。

4．【甘肃省高台县第一中学2014年秋学期期末考试】下列与金属腐蚀有关的说法正确的是（　　） 

　A．图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 

　B．图2中，一段时间后会出现白色沉淀-灰绿色沉淀-红褐色沉淀的现象 

　C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀 

　D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极 

【答案】B 

【解析】 

　　试题分析：

A、插入海水中的铁棒，发生吸氧腐蚀，越靠近液面腐蚀越严重，A错误；B、图2中形成铜铁原电池，一段时间后会出现白色沉淀-灰绿色沉淀-红褐色沉淀的现象，B正确；C、图3中，燃气灶的中心部位不易生锈，主要是由于高温下燃气还原金属氧化物，C错误；D、图4中，镁比铁活泼，镁块发生氧化反应，镁块相当于原电池的负极，D错误；答案选B。

考点：

金属的腐蚀与防护 

5．【广东省肇庆市2015届高三第一期末化学试题】相同材质的铁在下图中的四种情况下腐蚀最快的是（　　） 

【答案】A 

【解析】 

　　试题分析：

A、铁、铜和食醋形成原电池，铁作负极，加快其腐蚀；B、铝、铁和食盐水形成原电池，铝作负极，铁作正极，减缓铁腐蚀；C、铁上面镀铜减缓铁的腐蚀；D、锌、铁和酸雨形成原电池，铁作正极，减缓铁腐蚀，铁腐蚀最快的是A。

考点：

考查原电池原理的应用，金属的腐蚀与防护。

【能力提升】 

1．下图各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀，腐蚀的速率由快到慢的顺序为（　　） 

　A．⑤②①③④　　B．④③①②⑤ 

　C．⑤④②①③　　D．③②④①⑤ 

【答案】C 

【解析】 

　　判断金属腐蚀的快慢，首先判断该金属是否充当原电池或电解池的电极，若是电解池的阳极，金属腐蚀速率最快，其次是充当原电池的负极腐蚀较快，而作为电解池的阴极和原电池的正极则不被腐蚀．⑤中，Fe作为电解池的阳极，腐蚀最快，②③④均为原电池，③中，Fe为正极，不被腐蚀，②④中Fe均为负极被腐蚀，Fe和Cu的金属活动性差别比Fe和Sn大，故④中铁腐蚀较快，则铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤④②①③ 

2．【江西省吉安市白鹭洲中学2015届高三上学期期中考试】下面有关电化学的图示，完全正确的是（　　） 

【答案】D 

【解析】 

试题分析：

A.在Cu—Zn原电池中，由于金属活动性Zn＞Cu，所以Zn是负极，Cu是正极，在正极上发生还原反应，错误；B.粗铜精炼时，粗铜作阳极，精铜作阴极，所以电极连接有误，错误；C.在Fe片上镀锌时，Fe作阴极，Zn作阳极，电极连接不正确，错误；D.电解饱和NaCl溶液时，在阳极发生反应：

2Cl-—2e-=Cl2↑，Cl2有强氧化性，与KI发生反应：

Cl2＋2KI===2KCl＋I2。

I2与淀粉溶液变为蓝色；在阴极，发生反应，2H++e-=H2↑，由于氢气的密度比空气小，所以用向下排空气的方法收集，正确。

考点：

考查有关电化学的图示的正误判断的知识。

3．现将氯化铝溶液蒸干灼烧并熔融后用铂电极进行电解，下列有关电极产物的判断正确的是（　　） 

　A．阴极产物是氢气　　　　B．阳极产物是氧气 

　C．阴极产物是铝和氧气　　D．阳极产物只有氯气 

【答案】B 

【解析】 

　　将氯化铝溶液蒸干灼烧得到Al2O3，电解熔融的Al2O3，阳极为O2－放电，阳极产物为氧气；阴极为Al3＋放电，阴极产物为Al. 

4．【福建省三明一中2015届高三上学期第二次月考】电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。

在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。

已知:

3I2+6OH—==IO3—+5I—+3H2O下列说法不正确的是（　　） 

　A．右侧发生的电极方程式：

2H2O+2e-==H2↑+2OH- 

　B．电解结束时，右侧溶液中含有IO3- 

　C．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学方程式不变 

　D．电解槽内发生反应的总化学方程KI+3H2O==KIO3+3H2↑ 

【答案】C 

【解析】 

　　试题分析：

A、在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，这说明左侧碘离子放电失去电子转化为单质碘，因此左侧是阳极。

一段时间后，蓝色逐渐变浅，这说明右侧中的氢氧根向左侧移动，与生成的碘反应生成碘酸根和碘离子，蓝色消失，所以右侧是氢离子放电，电极反应式为右侧发生的电极方程式：

2H2O+2e-==H2↑+2OH-，A正确；B、生成的碘酸根可以通过阳离子交换膜移向右侧，所以电解结束时，右侧溶液中含有IO3-，B正确；C、如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，则右侧产生的氢氧根不能移向左侧，碘不能与氢氧根反应，所以电解槽内发生的总化学方程式发生改变，C错误；根据以上分析可知电解槽内发生反应的总化学方程

D正确，答案选C。

考点：

考查电解原理的应用 

5．用石墨做电极电解1mol/LCuSO4溶液，当c（Cu2＋）为0.5mol/L时，停止电解，向剩余溶液中加入下列何种物质可使电解质溶液恢复至原来的状态（　　） 

　A．CuSO4　　B．CuO　　C．Cu（OH）2　　D．CuSO4•5H2O 

【答案】B 

【解析】电解过程中的反应为：

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极：

2Cu2＋＋4e－=2Cu。

总反应为：

2CuSO4＋2H2O=2H2SO4＋2Cu＋O2↑。

由以上反应可知，电解使2molCuSO4和2molH2O变成了2molH2SO4，同时析出铜，放出O2，溶液中每生成2molCu则放出1molO2，故需补充CuO或CuCO3。

【终极闯关】 

1．【北京市朝阳区2014～2015学年度高三年级第一学期期末统一考试】碘盐中添加的碘酸钾在工业上可用电解KI溶液制取，电极材料是石墨和不锈钢，化学方程式是：

有关说法不正确的是（　　） 

　A．石墨作阳极，不锈钢作阴极 

　B．I-在阳极放电，H+在阴极放电 

　C．电解过程中电解质溶液的pH变小 

　D．电解转移3mole-时，理论上可制得KIO3107g 

【答案】C 

【解析】 

　　试题分析：

A、根据方程式可知碘离子失去电子，水电离出的氢离子得到电子转化为氢气。

电解池中阳极失去电子，阴极得到电子，所以该电解池中阳极是惰性电极，则石墨作阳极，不锈钢作阴极，A正确；B、根据A中分析可知I-在阳极放电，H+在阴极放电，B正确；C、电解时氢离子放电，从而产生氢氧根，因此溶液的碱性增强，则pH变大，C错误；D、根据方程式可知生成1mol碘酸钾转移6mol电子，则电解转移3mole-时，理论上可制得KIO3的质量是

D正确，答案选C。

考点：

考查电解原理的应用 

2．两个惰性电极插入500mLAgNO3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（　　） 

　A．27mg　　B．54mg　　C．106mg　　D．216mg 

【答案】B 

【解析】 

　　首先结合离子放电顺序，弄清楚两极的反应：

阳极4OH-－4e-===O2↑＋2H2O；阴极Ag＋＋e-===Ag，电解的总反应式为

由电解的总反应式可知，电解过程中生成的n（H＋）＝n（HNO3）＝n（Ag）＝（10-3mol•L-1-10-6mol•L-1）×0.5L≈5×10-4mol，m（Ag）＝5×10-4mol×108g•mol-1＝0.054g＝54mg。

3．【浙江省建人高复2015届高三上学期第三次月考】下列有关电化学的内容正确的是（　　） 

　A．马口铁和白铁皮破损后，白铁皮比马口铁腐蚀快，所以使用白铁皮时要注意防止铁皮出现刮痕 

　B．原电池中电子从负极流出流入正极，电解池中电子从阴极流出流入电源负极 

　C．已知磷酸亚铁锂电池总反应为

电池中的固体电解质可传导Li+，则该电池充电时阳极电极反应式为：

LiFePO4+e-=FePO4+Li+ 

　D．常温下以C选项中电池为电源以石墨为电极电解200mL饱和食盐水，当消耗1.4gLi时，溶液的pH为14（忽略溶液的体积变化） 

【答案】D 

【解析】 

　　试题分析：

A．马口铁和白铁皮破损后，由于白铁皮表面有活动性比Fe强的Zn，马口铁表面有活动性比Fe弱的Sn，所以都会构成原电池，前者首先被腐蚀的是Zn，后者Fe先被腐蚀，因此Fe被腐蚀的速率后者大于前者。

使用白铁皮时铁皮出现刮痕也同压会对铁起到保护作用，错误；B．原电池中电子从负极流出流入正极，电解池中电子从阳极流出流入电源正极，错误；C．已知磷酸亚铁锂电池总反应为

电池中的固体电解质可传导Li+，则该电池充电时阴极电极反应式为：

LiFePO4+e-=FePO4+Li+，错误；D．常温下以C选项中电池为电源以石墨为电极电解200mL饱和食盐水，由于在整个闭合回路中电子转移的数目相等。

当消耗1．4gLi时，n（e-）=1．4g÷7g/mol=0．2mol，则在NaCl溶液中发生反应

产生NaOH的物质的量是0．2mol，由于溶液的体积是0．2L，所以c（NaOH）=1mol/L，根据在室温下水的离子积常数是1×10-14，可得溶液的pH为14，正确。

考点：

考查金属的腐蚀与保护、原电池、电解池的反应原理及应用的知识。

4．【浙江省台州中学2015届高三上学期第三次统练试题】工业上电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。

下列说法错误的是（　　）

已知：

　　①Ni2+在弱酸性溶液中发生水解 

　　②氧化性：

Ni2+（高浓度）＞H+＞Ni2+（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中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少 

　C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水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】 

　　试题分析：

A、碳棒为阳极发生氧化反应，在碱性条件下发生的电极反应：

4OH--4e-=O2↑+2H2O，A正确；B、电解过程中，B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断增大，B错误；C、因氧化性：

Ni2+（高浓度）＞H+＞Ni2+（低浓度）为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH，C正确；D、现在两个电解室分别显酸性和碱性，若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，溶液的酸碱性发生变化，则电解反应总方程式发生改变，D正确；答案选B。

考点：

电解原理、电解池 

5．500mLKNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO3-）=6.0mol/L，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22.4L气体（标准状况），假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是（　　） 

　A．原混合溶液中n（K＋）为2mol 

　B．上述电解过程中共转移4mol电子 

　C．电解得到的Cu的物质的量为0.5mol　 

　D．电解后溶液中c（OH-）为2mol/L 

【答案】B 

【解析】 

　　试题分析：

根据题意知，用石墨作电极电解硝酸钾和硝酸铜混合溶液时，阴极上的电极反应依次为Cu2++2e-====Cu，2H++2e-====H2↑；阳极上电极反应为：

4OH--4e-====O2↑+2H2O；当通电一段时间后，两极均收集到22．4L气体（标准状况），气体的物质的量为1mol；阳极上生成1mol氧气失去4mol电子，阴极上每生成1mol氢气得到2mol电子，每生成1mol铜得到2mol电子，根据转移电子守恒得铜的物质的量1mol，则铜离子的物质的量浓度2mol/L，根据电荷守恒得钾离子浓度2mol/L。

A、根据上述分析知，混合溶液中c（K+）为2mol•L-1，钾离子的物质的量为1ml，错误；B、上述电解过程中共转移4mol电子，正确；C、根据上述分析知，铜的物质的量为1mol，错误；D、当电解硝酸铜时溶液中生成氢离子，当电解硝酸钾溶液时，实际上是电解水，故电解生成氢离子的物质的量为2mol，氢离子浓度4mol/L，c（OH—）为2.5×10-15mol/L，错误。

考点：

考查电解原理的应用及电解计算。