2020高考化学一轮复习第九章电化学课时作业26电解池金属腐蚀与保护（含解析） 练习

课时作业26　电解池　金属腐蚀与保护

时间：45分钟

1．(2019·湖南H11教育联盟联考)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正确的是(　A　)

A．用铜作阴极，石墨作阳极，电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑

B．铅蓄电池放电时的正极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4

C．粗铜精炼时，与电源正极相连的应是粗铜，该极发生的电极反应只有Cu－2e－===Cu2＋

D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式为Fe－2e－===Fe2＋

解析：用铜作阴极，石墨作阳极，电解饱和食盐水时，氯离子的还原性大于氢氧根离子，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A项正确；铅蓄电池放电时的正极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。负极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4，B项错误；粗铜精炼时，与电源正极相连的应是粗铜，该极发生的电极反应除Cu－2e－===Cu2＋外，还有比铜活泼的杂质金属失电子的反应，C项错误；钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，D项错误。

2．(2019·福建宁德四校联考)下列表述不正确的是(　C　)

　　　　 　 　Ⅰ　　　　　　　　　Ⅱ

　　　　　　　Ⅲ　　　　　　　 　Ⅳ

A．Ⅰ装置中盐桥中的Cl－移向ZnSO4溶液

B．Ⅱ中正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

C．Ⅲ装置模拟工业上在镀件上镀银

D．Ⅳ装置可以达到保护钢闸门的目的

解析：Ⅰ装置是双液原电池，Zn的活泼性强于Cu，则Zn电极是负极，Cu电极是正极；原电池中阴离子向负极移动，故盐桥中Cl－移向ZnSO4溶液，A正确。Ⅱ装置中Fe发生吸氧腐蚀，O2在正极上被还原生成OH－，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确。Ⅲ装置中Ag电极与电源正极相连，作电解池的阳极，镀件与电源负极相连，作电解池的阴极，在镀件上镀银，电解质溶液要选用AgNO3溶液，C错误。Ⅳ装置为外加电流的阴极保护法，钢闸门与电源负极相连，作电解池的阴极而受到保护，D正确。

3．(2019·安徽合肥第一次教学质量检测)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH，装置如图所示。下列说法中正确的是(　B　)

A．电极B连接电源正极

B．A极区电解液为LiCl溶液

C．阳极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

D．每生成1 mol H2，有1 mol Li＋通过该离子交换膜

解析：由题意知，电解LiCl溶液制备LiOH，由于B电极生成氢气，A与B用阳离子交换膜隔开，所以B为阴极，B极区为LiOH溶液，A极区为LiCl溶液。电极B上产生氢气，所以B为阴极，B连接电源负极，A项错误；A极区电解液为LiCl溶液，B项正确；阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，C项错误；每生成1 mol H2，有2 mol Li＋通过该离子交换膜，D项错误。

4．(2019·华中师大附中模拟)用惰性电极电解100 mL 3 mol· L－1的Cu(NO3)2溶液，一段时间后在阳极收集到标准状况下气体1.12 L，停止电解，向电解后的溶液中加入足量的铁粉，充分作用后溶液中Fe2＋浓度为(设溶液体积不变)(　B　)

A．3 mol·L－1  B．2.75 mol·L－1

C．2 mol·L－1  D．3.75 mol·L－1

解析：阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极生成的气体为氧气，氧气的物质的量为1.12 L÷22.4 L·mol－1＝0.05 mol，则

2Cu(NO3)2＋2H2O2Cu↓＋O2↑　＋　4HNO3

　2　　　　　　　　　　　  1　　　　  　4

　0.1 mol　　　　　　  0.05 mol　  　0.2 mol

故电解后溶液中生成的HNO3的物质的量为0.2 mol。

电解后溶液中硝酸铜的物质的量为0.1 L×3 mol·L－1－0.1 mol＝0.2 mol，硝酸与足量的铁反应生成硝酸亚铁，反应方程式为8HNO3＋3Fe===3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，故0.2 mol HNO3生成Fe(NO3)2的物质的量为0.2 mol×3/8＝0.075 mol，硝酸铜与铁反应生成硝酸亚铁，离子方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，故0.2 mol硝酸铜生成Fe(NO3)2的物质的量为0.2 mol，反应后溶液中Fe2＋的物质的量为0.2 mol＋0.075 mol＝0.275 mol，反应后溶液中Fe2＋浓度为0.275 mol/0.1 L＝2.75 mol·L－1，选B。

5．(2019·河北石家庄一模)工业上通过电化学原理在铝表面形成氧化膜来提高其抗腐蚀能力，工作原理如图所示。下列说法中不正确的是(　C　)

A．碳棒可用铜棒代替，其作用是传递电流

B．通电一段时间后，溶液的pH减小

C．通电后电子被强制从碳棒通过电解质溶液流向铝片使铝表面形成氧化膜

D．可通过调节滑动变阻器来控制氧化膜的形成速度

解析：根据电解原理，碳棒为阴极，铜棒能够代替碳棒，作用是传递电流，A项正确；阳极反应式为2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，总电解反应式为2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑，硫酸浓度增大，c(H＋)增大，即溶液pH减小，B项正确；电解质溶液中没有电子通过，C项错误；滑动变阻器可调节电路中电流的强度，即可以控制氧化膜的形成速度，D项正确。

6．(2019·北京海淀区模拟)电解Na2CO3溶液制取NaHCO3溶液和NaOH溶液的装置如图所示。下列说法中不正确的是(　D　)

A．阴极产生的物质A是H2

B．溶液中Na＋由阳极室向阴极室迁移

C．阳极OH－放电，H＋浓度增大，CO转化为HCO

D．物质B是NaCl，其作用是增强溶液导电性

解析：阴极上发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则阴极上产生的物质A是H2，A正确；电解池中阳离子向阴极移动，则Na＋由阳极室向阴极室迁移，B正确；由图可知，阳极上产生O2，则阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，溶液中c(H＋)增大，CO转化为HCO，C正确；由图可知，阴极区得到NaOH溶液，为不引入杂质，物质B应为NaOH，其作用是增强溶液的导电性，D错误。

7．(2019·广东五校协作体联考)用如图所示装置进行实验，下列有关说法正确的是(　C　)

A．电子流向为电极a―→电极d―→电极c―→电极b

B．电极b发生的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．在相同状况下，电极a参与反应的气体与电极c产生气体的体积比为1∶1

D．为防止大气污染，应在U形管的d端出口连接导管通入到NaOH溶液中

解析：左侧装置为氢氧燃料电池，磷酸为电解质溶液，通入H2的a极为负极，通入O2的b极为正极；右侧装置为电解池，c极与b极相连，则c极为阳极，d极为阴极。电子流向为电极a(负极)―→电极d(阴极)，电极c(阳极)―→电极b(正极)，电子不能在电解质溶液中流动，A错误。电极b为正极，电解质溶液呈酸性，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B错误。电极a发生的反应为H2－2e－===2H＋，电极c发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，据得失电子守恒可知，电极a消耗H2与电极c产生Cl2的物质的量之比为1∶1，故相同状况下H2、Cl2的体积之比为1∶1，C正确。电极d发生的反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，c电极产生Cl2，故为防止大气污染，应在U形管的c端出口连接导管通入到NaOH溶液中，D错误。

8．(2019·山东烟台模拟)次磷酸(H3PO2)为一元中强酸，具有较强的还原性，可用电渗析法制备，“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列叙述不正确的是(　C　)

　　　　阳极室　产品室　　原料室　　阴极室

A．阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

B．产品室中发生反应H＋＋H2PO===H3PO2，该法还可得副产品NaOH

C．原料室中H2PO向左移动，Na＋向右移动，该室pH升高

D．阳膜1的主要作用是防止H2PO进入阳极室被氧化并允许H＋通过

解析：由图可知，石墨1与电源正极相连，则石墨1是阳极，电解质溶液为稀硫酸，则阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，A正确。原料室中H2PO透过阴膜进入产品室，阳极室中H＋透过阳膜1进入产品室，则产品室中发生反应H＋＋H2PO===H3PO2；石墨2为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，原料室中Na＋透过阳膜2进入阴极室，故阴极室得到NaOH，B正确。原料室中H2PO向左移动，Na＋向右移动，则原料室中c(NaH2PO2)减小，溶液的碱性减弱，则pH降低，C错误。由B项分析可知，阳膜1的主要作用是防止H2PO进入阳极室被氧化并允许H＋通过，D正确。

9．(2019·广西防城港一模)一定条件下，利用如图所示装置可实现有机物的储氢，下列有关说法正确的是(　D　)

A．气体X是氢气，电极E是阴极

B．H＋由左室进入右室，发生还原反应

C．该储氢过程就是C6H6与氢气反应的过程

D．电极D的电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12

解析：由图可知，苯(C6H6)在D电极加氢还原生成环己烷(C6H12)，则电极D是阴极，电极E是阳极，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，故气体X是氧气，A错误。电解池中阳离子向阴极移动，则H＋由右室进入左室，发生还原反应，B错误。阴极上苯(C6H6)被还原生成环己烷(C6H12)，电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12根据阴、阳极上发生的反应及得失电子守恒推知电池总反应式为2C6H6＋6H2O2C6H12＋3O2↑，故该储氢过程就是C6H6与水反应的过程，C错误，D正确。

10．(2019·山东济宁模拟)电化学在化学工业中有着广泛应用。

(1)根据图示电化学装置，回答下列问题：

①甲池通入乙烷(C2H6)一极的电极反应式为________________。

②乙池中，若X、Y都是石墨，A是Na2SO4溶液，实验开始时，同时在两极附近溶液中各滴入几滴紫色石蕊溶液，X极的电极反应式为________________；一段时间后，在Y极附近观察到的现象是__________________。

③乙池中，若X、Y都是石墨，A是足量AgNO3溶液，体积为0.2 L，则Y极的电极反应式为________________；电解一段时间后，甲池消耗112 mL O2(标准状况下)，则乙池溶液的pH为________(忽略溶液体积的变化)。

(2)若要用该装置在铁质钥匙表面镀一层金属铜，CuSO4溶液作电解液，则乙池中：

①X极的材料是________，电极反应式为___________________________。

②Y极的材料是________，电极反应式为___________________________。

(3)工业上通过电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，则阳极的电极反应式为________________，阴极反应式为___________________________。

解析：(1)①甲池中乙烷(C2H6)通入左侧电极发生氧化反应，则左侧Pt电极为负极，电解质溶液为KOH溶液，故负极反应式为C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O。②乙池中，若X、Y都是石墨，A是Na2SO4溶液，则X是阳极，发生氧化反应，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。Y是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则Y极附近观察到的现象是电极表面产生气泡，附近溶液变蓝。③甲池中右侧Pt电极发生的反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，消耗标准状况下112 mL O2(即0.005 mol)时，电路中转移电子的物质的量为0.005 mol×4＝0.02 mol。乙池中，若X、Y都是石墨，A是足量AgNO3溶液，Y极是阴极，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag。X极是阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，据得失电子守恒可知，电路中转移0.02 mol电子时，X极生成0.02 mol H＋，则乙池溶液中c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，溶液pH＝l。(2)①在铁表面镀一层金属铜，X极是阳极，要用镀层金属铜作阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。②Y极是阴极，要用镀件——铁质钥匙作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。(3)由图可知，Fe电极与电源正极相连，作电解池的阳极，Fe被氧化生成FeO，故阳极的电极反应式为Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O。Cu极与电源的负极相连，作电解池的阴极，发生还原反应析出H2，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。

答案：(1)①C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O

②4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　电极表面产生气泡，附近溶液变蓝　③Ag＋＋e－===Ag　1

(2)①铜　Cu－2e－===Cu2＋　②铁质钥匙　Cu2＋＋2e－===Cu

(3)Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O　2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑

11．(2019·北京海淀区模拟)电镀行业产生的酸性含铬废水对环境有污染，其中所含的Cr(Ⅵ)是主要污染物，可采用多种处理方法将其除去。查阅资料可知：

①在酸性环境下，Cr(Ⅵ)通常以Cr2O的形式存在，Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋；

②Cr2O的氧化能力强于CrO；

③常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表：

Ⅰ.腐蚀电池法

(1)向酸性含铬废水中投放废铁屑和焦炭，利用原电池原理还原Cr(Ⅵ)。下列关于焦炭的说法正确的是________(填序号)。

a．作原电池的正极

b．在反应中作还原剂

c．表面可能有气泡产生

Ⅱ.电解还原法

向酸性含铬废水中加入适量NaCl固体，以Fe为电极电解，经过一段时间，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成排出，从而使废水中铬含量低于排放标准。装置如图甲所示。

　　　　　　　　　　甲

(2)A极连接电源的________极，A极上发生的电极反应式为___________________________。

(3)电解开始时，B极上主要发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，此外还有少量Cr2O在B极上直接放电，该反应的电极反应式为___________________________。

(4)电解过程中，溶液的pH不同时，通电时间(t)与溶液中Cr元素去除率的关系如图乙所示。

　　　　　　　　　　　乙

①由图知，电解还原法应采取的最佳pH范围为________(填序号)。

a．2～4　　b．4～6　　c．6～10

②解释曲线Ⅰ和曲线Ⅳ去除率低的原因：

___________________________。

解析：(1)向酸性含铬废水中投放废铁屑和焦炭，形成原电池，铁作原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；焦炭作正极，但焦炭是惰性材料，本身不能被还原，由于废水呈酸性，正极上可能发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，观察到焦炭表面有气泡产生，则a、c正确。

(2)由图可知，与电源的B极相连的一极表面产生H2，该电极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，则B是负极，A是正极；与A极相连的电极为电解池的阳极，电极材料是Fe，Fe发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。

(3)B极是阴极，发生还原反应，少量Cr2O在B极上直接放电被还原为Cr3＋，电解质溶液呈酸性，则电极反应式为Cr2O＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O。

(4)①由图可知，曲线Ⅱ对应pH＝4时，溶液中Cr元素去除率最大，且所用时间最短，反应速率快；曲线Ⅲ对应pH＝6时，Cr元素去除率最终与pH＝4相同，但所用时间较长，反应速率比pH＝4慢；图中曲线Ⅰ、Ⅳ对应的Cr元素去除率偏低，故最佳pH范围为4～6。②由题给信息可知，去除废水中Cr元素，最终要生成Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀排出。曲线Ⅰ的pH＝2，酸性较强，此时Cr(Ⅵ)被还原生成的Cr3＋难以生成Cr(OH)3沉淀，仍以Cr3＋形式存在于溶液中，导致去除率较低；曲线Ⅳ的pH＝10，溶液呈碱性，促使平衡Cr2O＋H2O2CrO＋2H＋正向移动，铬元素主要以CrO形式存在，其氧化能力弱于Cr2O，Cr(Ⅵ)难以被还原并生成沉淀，导致去除率较低。

答案：(1)ac　(2)正　Fe－2e－===Fe2＋

(3)Cr2O＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O

(4)①b　②曲线Ⅰ的pH较小，此时Cr(Ⅵ)被还原生成的Cr3＋难以生成Cr(OH)3沉淀，仍以Cr3＋形式存在于溶液中，导致去除率较低；曲线Ⅳ的pH较大，铬元素主要以CrO形式存在，其氧化能力弱于Cr2O，Cr(Ⅵ)难以被还原并生成沉淀，导致去除率较低