- 金属的腐蚀和防护
- 共3685题
工业上以锂辉石(Li2O·A12O3·4SiO2,含少量Ca、Mg元素)为原料生产碳酸锂。其部分工艺流程如下:
已知:①Li2O·Al2O3·4SiO2 + H2SO4(浓)Li2SO4 + Al2O3·4SiO2·H2O↓
(1)从滤渣1中分离出Al2O3的部分流程如下图所示,括号表示加入的试剂,方框表示所得到的物质。则步骤Ⅱ中反应的离子方程式是 。
(2)已知滤渣2的主要成分有Mg(OH)2和CaCO3,写出生成滤渣2反应的离子方程式: 。
(3)向滤液2中加入饱和Na2CO3溶液,过滤后,用“热水洗涤”的原因是 。
(4)工业上,将Li2CO3粗品制备成高纯Li2CO3的部分工艺如下。
①将粗产品Li2CO3溶于盐酸作电解槽的阳极液,LiOH溶液作阴极液,两者用离子选择半透膜隔开,用惰性电极电解。阳极的电极反应式是 。
②电解后向产品LiOH溶液中加入过量NH4HCO3溶液生成Li2CO3反应的化学方程式是 。
正确答案
(15分)(1)Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+或Al3++3OH-=Al(OH)3↓ (3分)
(2)Mg2+ + 2OH-=Mg(OH)2↓、 Ca2++CO32-=CaCO3↓ (共4分)
(3)Li2CO3的溶解度随温度升高而减小,热水洗涤可减少Li2CO3的损失(3分)
(4)①2Cl――2e-=Cl2↑(2分) ②2LiOH+2NH4HCO3=Li2CO3↓+ (NH4)2CO3+2H2O(3分)
试题分析:(1)锂辉石(Li2O·A12O3·4SiO2,含少量Ca、Mg元素),加入硫酸浸出发生的反应为:Li2O·A12O3·4SiO2+H2SO4(浓)Li2SO4+Al2O3•4SiO2•H2O↓,由此推断滤渣是Al2O3•4SiO2•H2O。由于氧化铝是两性氧化物,所以分离得到氧化铝可以先加入盐酸溶解氧化铝,二氧化硅不反应,过滤得到氯化铝溶液,加入过量氨水会完全沉淀铝离子生成氢氧化铝沉淀,过滤得到氢氧化铝沉淀,最后灼烧氢氧化铝得到氧化铝,由此步骤Ⅱ中反应的离子方程式是Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+。
(2)滤液1中含有Mg2+、Ca2+,所以加入氢氧化钙和碳酸钠以后会生成氢氧化镁和碳酸钙沉淀,有关反应的离子方程式为Mg2+ + 2OH-=Mg(OH)2↓、Ca2++CO32-=CaCO3↓。
(3)根据表中数据可知,Li2CO3的溶解度随温度升高而减小,由此热水洗涤可减少Li2CO3的损失。
(4)①电解池阳极失去电子,所以该电解池中阳极应该是溶液中的氯离子失去电子,所以阳极电极反应式为2Cl――2e-=Cl2↑。
②LiOH是强碱,HCO3-结合OH-能力强于NH4+,所以LiOH溶液中加入过量NH4HCO3溶液生成Li2CO3反应的化学方程式是2LiOH+2NH4HCO3=Li2CO3↓+(NH4)2CO3+2H2O。
(12分)某课外活动小组同学用如图装置进行实验,试回答下列问题。
(1)若开始时开关K与a连接,则B极的电极反应式为 。
(2)若开始时开关K与b连接,则其总反应的离子方程式为 。
(3)若用此装置进行电解K2SO4溶液的实验,试回答以下问题:
①开关K应 与连接,
②若标准状况下A极产生2.24 L气体,则溶液中转移 _mol电子
③反应一段时间后,溶液的pH (填变大、变小或不变),若要电解质溶液复原,
需向溶液中加入的物质为 (填化学式)。
正确答案
(14分)
(1)Fe-2e-====Fe2+ (2) 2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
(3)b 0.4mol ③不变 H2O
考查原电池、电解池的原理、判断及其应用。
(1)K与a连接则构成原电池,活泼金属作负极,即铁是负极,石墨是正极,因此是铁的吸氧腐蚀,B极的电极反应式为:Fe-2e-====Fe2+。
(2)开关K与b连接,则构成电解池,电解饱和食盐水。石墨和电源正极相连,作阳极,氯离子放电生成氯气。铁和电源负极相连,作阴极,氢离子发生,生成氢气,总反应式为2Cl- + 2H2O 2OH- + H2↑ + Cl2↑。
(3)①电解池应该有外接电源,所以开关K应与b相连
②电解总方程式为:H2O2H2+O2↑,当阳极产生氧气2.24 L时,电路中有0.4mol电子的转移;
③由于原溶液为中性,电解本质是水的减少,所以电解过程中溶液的pH不变,若要电解质溶液复原,只需向溶液中加适量的水即可。
有一种节能的氯碱工业新工艺,将电解池与燃料电池相组合,相关流程如图所示(电极未标出):
回答下列有关问题:
(1)通入空气的电极为 (写电极名称)。燃料电池中阳离子的移动方向 (“从左向右”或“从右向左”)。
(2)电解池中产生20 mol Cl2,理论上燃料电池中消耗 mol O2。
(3)a、b、c的大小关系为: 。
(4)以Al和NiO(OH)为电极,NaOH溶液为电解液组成一种新型电池,放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2,该电池放电时正极反应式是 。
正确答案
(1)正极 从左向右 (2)10 (3)c>a>b
(4) NiO(OH)+H2O+ e-= Ni(OH)2+ OH-
试题分析:分析题给装置图知,该装置是以碱性氢氧燃料电池电解饱和食盐水的装置;(1)根据燃料电池的工作原理:负极是燃料氢气发生失电子的氧化反应,正极是氧气发生得电子得还原反应,则通空气的电极为正极;原电池中,阳离子交换膜使阳离子通过,阳离子移向正极,从左向右;(2)电解池中产生20mol Cl2,依据电子守恒,结合电极反应式O2+4e-+2H2O=4OH-,4Cl--4e-=2Cl2↑,计算得到生成氧气10mol;(3)燃料电池中的离子膜只允许阳离子通过,而燃料电池中正极氧气得到电子产生OH-,所以反应后氢氧化钠的浓度升高,即a%小于c%,负极氢气失电子生成氢离子消耗氢氧根离子,所以b%<a%,得到b%<a%<c%,即c>a>b;(4)以Al和NiO(OH)为电极,NaOH溶液为电解液组成一种新型电池,放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)2,镍元素的化合价由+3价降为+2价,发生还原反应,作正极,电极反应式为NiO(OH)+H2O+ e-= Ni(OH)2+ OH-。
按下图装置进行实验,并回答下列问题
⑴判断装置的名称:A池为___________ B池为______________
⑵锌极为__________极,电极反应式为_________________________
石墨棒C2附近发生的实验现象为_______________________________
⑶当C2极析出224mL气体(标准状态)时,锌的质量变化_________(变大、不变或变小)了_________g。
正确答案
⑴原电池;电解池 ⑵ 负极 ;Zn-2e—=Zn2+;有气泡放出,溶液变红⑶ 变小 ;0.65g
试题分析:(1)锌和硫酸铜的反应是自发进行的,所以A是原电池,B电解池。
(2)锌比铜活泼,锌是负极失去电子,电极反应式是Zn-2e—=Zn2+;石墨棒C2与锌电极相连,则是阴极,溶液中的氢离子放电生成氢气,所以发生的实验现象为有气泡放出,溶液变红。
(3)当C2极析出224mL气体(标准状态)时,即氢气的物质的量是0.01mol,反应中转移0.02mol电子,则根据电子的得失守恒可知锌的质量减少0.65g。
点评:该题是高考中的常见题型,属于基础性试题的考查,难度不大。主要是考查学生对电化学工作原理的熟悉掌握程度,侧重对学生基础性知识的考查和检验,有利于培养学生的逻辑推理能力,提高学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力。
钢铁发生吸氧腐蚀时,正极上发生的电极反应是( )
正确答案
钢铁中含有碳、铁,根据原电池工作原理,活泼的金属作负极,不如负极活泼的金属或导电的非金属作正极,所以碳作正极,铁作负极;负极失电子变成离子进入溶液,正极上得电子发生还原反应,钢铁发生吸氧腐蚀时,正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子.
故选C.
工业上采用的一种污水处理方法如下: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悬浮物带到水面形成浮渣层,刮去(或撇掉)浮渣层,即起到了浮选净化的作用。某科研小组用该原理处理污水,设计装置示意图如图所示。
(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,无法使悬浮物形成浮渣。此时应向污水中加入适量的 。
a.H2SO4 b.CH3CH2OH c.Na2SO4
d.NaOH e.BaSO4
(2)电解池阳极实际发生了两个电极反应,其中一个反应生成一种无色气体,则阳极的电极反应式分别是Ⅰ. ;Ⅱ. 。
(3)该燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质,CH4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料作电极。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,电池工作时必须有部分A物质参加循环(见上图)。A物质的化学式是 。
(4)已知燃料电池中有1.6 g CH4参加反应,则C电极理论上生成气体 L(标准状况)。
正确答案
(1)c (2)Fe-2e-Fe2+ 4OH--4e-
O2↑+2H2O (3)CO2 (4)8.96
H2SO4显酸性、CH3CH2OH是非电解质、NaOH显碱性、BaSO4不溶于水;Na2SO4是强电解质显中性,电解时Na+、S均不放电,只有c符合;(2)乙装置通入空气的电极为原电池正极,所以甲装置Fe为阳极,铁失电子,由生成一种无色气体可知还生成氧气,所以还有OH-失电子;(3)由乙中电解质可知,甲烷燃烧生成CO2和H2O,所以A为CO2,在正极发生电极反应式为O2+4e-+2CO2
2C
;(4)首先标化合价看化合价变化:
H4→
O2,0.1 mol CH4转移0.8 mol电子,C电极反应为2H++2e-
H2↑,所以生成n(H2)="0.4" mol
有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是( )
正确答案
A、析氢腐蚀和吸氧腐蚀,负极上铁失电子发生氧化反应,所以负极均是Fe发生氧化反应Fe-2e-=Fe2+,故A错误;
B、镀层破损后,镀锡铁板的镀层不能对铁制品起保护作用,加快铁板的腐蚀,故B错误;
C、在海轮外壳连接锌块,锌被腐蚀,从而保护了铁,所以保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法,故C正确;
D、电解时,阳极被腐蚀,阴极被保护;连接电源正极的电极为阳极,所以将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀,故D错误;
故选C.
(12分)在右图所示的实验装置中,E为一张用淀粉、碘化钾和酚酞混合溶液润湿的滤纸,C,D为夹在滤纸两端的铂夹,X,Y分别为直流电源的两极。在A,B中充满KOH溶液后倒立于盛有KOH溶液的水槽中,再分别插入铂电极。切断电源开关S1,闭合开关S2,通直流电一段时间后
请回答下列问题:
(1)标出电源的正、负极:X为___极,Y为___极。
(2)在滤纸的C端附近,观察到的现象是_ ___,在滤纸的D端附近,观察到的现象是__ __。
(3)写出电极反应式:A中_ ___;B中_ ___;C中__ __;D中_ ___。
(4)若电解一段时间后,A、B中均有气体包围电极。此时切断开关S2,闭合开关S1,则电流计的指针是否发生偏转(填“偏转”或“不偏转”)__ __。
(5)若电流计指针偏转,写出有关的电极反应式(若指针“不偏转”,此题不必回答):
A中_____ ____ __ _;B中__ ________ __。
若电流计指针不偏转,请说明理由(若指针“偏转”,此题不必回答)____ __ ___ _ ____ __ __ _____ _ __ __ _ __ __。
正确答案
(1)正极;为负极 (2)试纸变蓝;试纸变红
(3)4H++4e-=2H2↑;4OH--4e-=2H2O+O2↑;4I--4e-=2I2;4H++4e-=2H2↑。
(4)偏转 (5)2H2+4OH--4e-=4H2O ;2H2O+O2+4e-=4OH-
该试题在知识网络交汇点设计的试题,强调了学科的内在联系和知识的综合,这有利于发挥高考对促进素质教育的导向功能。本题就是在电化学知识网络交汇点——电解池与原电池的结合与互换上命题,符合高考命题思路,体现了考试说明的要求。所以在化学学习的过程,更应注重学科内的知识的内在联系,构建知识网络,培养学生学科能力。
(1)电解KOH溶液实际就是电解水,所得产物为H2和O2,因为A试管中气体体积是B试管的2倍,所以A中为H2,B中为O2,即A为阴极,B为阳极,所以X为正极,Y为负极。
(2)C与电源正极相连,为阳极: 2I--2e-=I2,故试纸变蓝。
D与电源负极相连,为阴极:2H++2e-=H2↑,故试纸变红。
(3)A是阴极,氢离子放电,电极反应式是4H++4e-=2H2↑;B是阳极,OH-放电,电极反应式是4OH--4e-=2H2O+O2↑;C是阳极,I-放电,电极反应式是4I--4e-=2I2; D是阴极,氢离子放电,电极反应式是4H++4e-=2H2↑。
(4)如果切断S2,闭合S1,则可由A中的H2,B中的O2与KOH溶液形成H2,O2燃料电池,把化学能变为电能,故指针偏转。
(5)在原电池中负极失去电子,发生氧化反应。正极得到电子,发生还原反应。所以A极电极反应式是2H2+4OH--4e-=4H2O ,B极极反应式是2H2O+O2+4e-=4OH-
将洁净的金属片A、B 、C、D 分别放置在浸有盐溶液的滤纸上面并压紧(如图所示)。在每次实验时,记录电压指针的移动方向和电压表的读数如右表所示:
已知构成原电池两电极的金属活动性相差越大,电压表读数越大。请判断:
(1) A、B、C、D四种金属中活泼性最强的是_____________(用字母表示)
(2)若滤纸改用NaOH溶液浸润一段时间后,则在滤纸上能看到有白色物质析出,后迅速变为灰绿色,最后变成褐色。则滤纸上方的金属片为___________(A、B、C、D中哪一种),此时对应的电极反应式为:正极___________________________________________
正确答案
(1) C(2)B O2 + 2H2O + 4e-=4OH-
(1)在原电池中,较活泼的金属作负极,失去电子,较不活泼的金属作正极。金属之间的活泼性相差越大,产生的电压越大。所以根据表中数据可知,金属性强弱顺序为C>A>D>Fe>B,所以金属性最强的是C。
(2)根据颜色的变化可知,最后生成的是氢氧化铁,这说明在反应中铁是负极,另一种是正极,因此应该是B。溶液显碱性,则发生吸氧腐蚀,正极反应式为O2 + 2H2O + 4e-=4OH-。
某同学设计了一个甲醇燃料电池,并用该电池电解200mL—定浓度NaCl与CuSO4混合溶液,其装置如图:
(1)写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式 。
(2)理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如丙图所示(气体体积已换算成标准状况下的体积),写出在t1后,石墨电极上的电极反应式 ,原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为 mol/L,CuSO4的物质的量浓度为 mol/L。(假设溶液体积不变)
(3)电解至t3时,消耗水的质量为 g。
正确答案
(1)CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O(2分)
(2)4OH--4e-=O2↑+2H2O (2分) 0.1(2分) 0.1(2分)
(3)0.72 (2分)
(1)甲图为甲醇燃料电池, 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O ①
CO2+2KOH=K2CO3+H2O ②
①+②×2,得:甲醇燃料电池的总化学反应为:2CH3OH+3O2+4KOH=6H2O+2K2CO3
总离子反应为:2CH3OH+3O2+4OH-=6H2O+2CO32-
(+):O2+2H2O+4e-=4OH-
(-)=总离子反应-(+)×3,得:2CH3OH+16OH--12e-=12H2O+2CO32-
化简,得:CH3OH - 6e-+ 8OH- = CO32-+ 6H2O
(2)乙图为电解池,铁片接甲图的负极,故铁片做电解池的阴极;
石墨棒接甲图的正极,故石墨棒做电解池的阳极;
溶液中阴离子(Cl-、OH-、SO42-)移向阳极,且放电顺序为:Cl->OH->SO42-,
电极反应为:先2Cl--2e-=Cl2↑,后4OH--4e-=O2↑+2H2O
阳离子(Cu2+、H+、Na+)移向阴极,且放电顺序为:Cu2+>H+>Na+,
电极反应为:先Cu2++2e-=Cu,后2H++2e-=H2↑
故丙图中,I线对应阴极(铁片)的反应,II线对应阳极(石墨棒)的反应;
分析丙图:到t1时,生成V(Cl2)=224ml,标准状况下n(Cl2)="0.01" mol,
2Cl--2e-=Cl2↑
2 1
n(Cl-) 0.01mol,则n(Cl-)= 0.02mol,C(NaCl)="0.02mol/0.2L=0.1" mol/L;
V(O2)="672ml-224ml=448" ml,标准状况下n(O2)="0.02" mol,故阳极失电子的物质的量为:
2Cl-- 2e- = Cl2↑ 4OH-- 4e- = O2↑+2H2O
2 1 4 1
0.02mol 0.01mol 0.08mol 0.02mol
两极电子转移守恒(均为0.02mol+ 0.08mol=0.1mol),则阴极得电子的物质的量为:
V(H2)="672ml," 标准状况下n(H2)=0.03mol,
2H++ 2e- = H2↑ 故 Cu2+ + 2e- =Cu
2 1 1 2
0.06mol 0.03mol 0.02mol 0.04mol
C(CuSO4)="0.02mol/0.2L=0.1" mol/L;
(3)2H2O=2H2↑+O2↑
36g 1mol
0.72g 0.02mol
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