2019届高考化学一轮复习顶层设计配餐作业：20 《电解池　金属的电化学腐蚀与防护》 含解析 练习

配餐作业(二十)　

电解池　金属的电化学腐蚀与防护

►►见学生用书P395

1．某研究性学习小组用如图装置研究不同能量之间的转化问题。下列说法正确的是(　　)

A．断开开关S1，闭合开关S2，化学能转化为电能，电能转化为光能等

B．断开开关S1，闭合开关S2，此时构成的装置属于电解池

C．断开开关S2，闭合开关S1，此时构成的装置属于原电池

D．断开开关S2，闭合开关S1，化学能转化为电能

解析　从装置图可知断开开关S1，闭合开关S2，构成原电池，化学能转化为电能，电能转化为光能等，A项正确，B项错误；断开开关S2，闭合开关S1，此时构成的装置属于电解池，C、D两项错误。

答案　A

2．(2018·邯郸质检)据最近报道，中国生产的首艘国产航母“山东”号已经下水。为保护航母、延长服役寿命可采用两种电化学方法。方法1：舰体镶嵌一些金属块；方法2：航母舰体与电源相连。下列有关说法正确的是(　　)

A．方法1叫外加电流的阴极保护法

B．方法2叫牺牲阳极的阴极保护法

C．方法1中金属块可能是锌、锡和铜

D．方法2中舰体连接电源的负极

解析　舰体是由钢板做的。方法1，舰体镶嵌一些金属块，必须是比铁活泼的金属，如锌等(锡和铜不行)，这种方法叫牺牲阳极的阴极保护法；方法2，航母舰体与电源相连，必须与电源负极相连，这种方法叫外加电流的阴极保护法。综上所述，D项正确，本题选D。

答案　D

3．(2018·济南模拟)四个电解装置都以Pt作电极，它们分别装着如下电解质溶液进行电解，电解一段时间后，测定其pH变化，所记录的结果正确的是(　　)

解析　电解盐酸，溶质HCl的量减小，溶剂量不变，所以酸性减弱，pH增大，A项错误；电解硝酸银溶液生成硝酸、金属银和氧气，溶液酸性增强，pH减小，B项错误；电解氢氧化钾溶液的实质是电解水，溶质的量不变，溶剂减小，碱性增强，pH增大，C项正确；电解氯化钡溶液得到氢氧化钡、氢气和氯气，溶液碱性增强，pH增大，D项错误。

答案　C

4．(2018·沧州质量监测)以铅蓄电池为电源，通过电解法制备酒石酸(C4H6O6，简写为RH2)的原理如图所示(A、B为惰性电极，a、b为离子交换膜)

下列叙述不正确的是(　　)

A．N极的电极反应式为PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O

B．b为阴离子交换膜

C．阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区溶液pH升高

D．铅蓄电池中消耗2 mol H2SO4时，理论上生成 2 mol RH2

解析　电解目的为制备RH2，则装置右侧为产品室，若原料室中的R2－通过阴离子交换膜进入产品室与H＋结合，则可制得RH2。所以B极应为H2O电离出的OH－放电，生成H＋，即B极为阳极，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，b为阴离子交换膜，N为正极，M为负极，A为阴极。N为铅蓄电池正极，电极反应为PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O，故A项正确；根据上述分析可知，b为阴离子交换膜，故B项正确；阴极应为H2O电离出的H＋放电，生成OH－，故电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－浓度增大，pH增大，故C项正确；铅蓄电池放电时总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，当电池中消耗2 mol H2SO4时，则电路中转移2 mol e－。根据B极电极反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋可知，转移2 mol e－，产品室有2 mol H＋生成，R2－＋2H＋===RH2，所以理论上可生成1 mol RH2，故D项错误。

答案　D

5．(2018·湖南岳阳一模)全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的是(　　)

A．土壤中的钢铁易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池

B．金属棒M的材料应该是比镁活泼的金属

C．金属棒M上发生反应：M－ne－===Mn＋

D．这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法

解析　金属棒M只要比铁活泼即可，太活泼的金属易与水反应，B项错误。

答案　B

6.(2018·武汉调研)某同学设计如图所示装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是(　　)

A．石墨电极与直流电源负极相连

B．用湿润淀粉­KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色

C．氢氧化钠在石墨电极附近产生， Na＋向石墨电极迁移

D．铜电极的反应式为2H＋ ＋ 2e－===H2↑

解析　若该装置是探究氯碱工业原理，则Cu电极应该与电源的负极连接，石墨电极与直流电源正极相连，A项错误；Cu电极为阴极，在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑；在阳极C电极上发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑；所以用湿润淀粉­KI试纸在碳电极附近检验气体，试纸变蓝色，B项错误；由于Cu电极为阴极，在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑；破坏了附近的水的电离平衡，最终在Cu电极附近氢氧化钠产生， Na＋向铜电极迁移，C项错误；铜电极的反应式为2H＋＋2e－=== H2↑，D项正确。

答案　D

7．在水中加入等物质的量的Ag＋、Ba2＋、Na＋、SO、NO、Cl－。该溶液放在用惰性材料作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物和还原产物的质量比为(　　)

A．35.5∶108  B．16∶137

C．8∶1  D．108∶35.5

解析　Ag＋与Cl－生成AgCl↓，Ba2＋与SO生成BaSO4↓，电解硝酸钠溶液实际上电解水。

答案　C

8．(2018·吉林市第一次摸底考试)用含锌、银杂质的粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液做电解液进行电解，下列有关电解液中Cu2＋物质的量浓度的叙述中，正确的是(　　)

A．c(Cu2＋)增大  B．c(Cu2＋)减小

C．c(Cu2＋)不变  D．无法确定

解析　用含锌、银杂质的粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液做电解液进行电解，则在阳极，Zn会失去电子变为Zn2＋进入溶液，溶液中的Cu2＋在阴极得到电子变为Cu析出，因此电解液中Cu2＋物质的量浓度减小，故选项是B。

答案　B

9．(2018·天星高三联考)锂钒氧化物电池的能量密度远远超过其他材料电池，其成本低，便于大量推广，且对环境无污染。已知电池的总反应为V2O5＋xLiLixV2O5，下列说法正确的是(　　)

A．电池在放电时，Li＋向电源负极移动

B．充电时阳极的反应为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋

C．放电时负极失重7.0 g，则转移2 mol电子

D．该电池以Li、V2O5为电极，酸性溶液作介质

解析　电池在放电时，Li＋向正极移动，A项错误；电池充电时阳极发生氧化反应，电极反应式是LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋，B项正确；负极的反应为Li－e－===Li＋，每消耗1 mol Li(7.0 g)则转移1 mol电子，C项错误；Li是活泼金属，会与酸性溶液反应产生H2，因而电池介质不会是酸性溶液，D项错误。

答案　B

【素养立意】

手机作为人们不可替代的通信工具的今天，开发环保、经济、耐用的手机电池具有重要意义。手机电池放电时是原电池，充电时是电解池。

本题以手机用的二次电池为载体，综合考查原电池和电解池的工作原理，难度中等。

10．(2018·广东五校诊断一)如图甲是一种利用微生物将废水中的尿素(H2NCONH2)的化学能直接转化为电能，并生成环境友好物质的装置，同时利用此装置的电能在铁上镀铜，下列说法中正确的是(　　)

A．乙装置中溶液颜色会变浅

B．铁电极应与Y相连接

C．M电极反应式：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋

D．当N电极消耗0.25 mol气体时，铜电极质量减少16 g

解析　乙装置为电镀装置，电镀液的浓度不变，因此溶液颜色不变，A项错误；电镀时，待镀金属作阴极，与电源负极相连，而N电极上O2转化为H2O发生还原反应，N电极为正极，B项错误；M电极为负极，发生氧化反应：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，C项正确；根据N电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O、铜电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋，由各电极上转移电子数相等，可得关系式：O2～2Cu，则N电极消耗0.25 mol O2时，铜电极质量减少0.25 mol×2×64 g·mol－1＝32 g，D项错误。

答案　C

11．利用如图所示装置电解硝酸银溶液和饱和硫酸钠溶液(甲中盛有AgNO3溶液，乙中盛有饱和Na2SO4溶液)。

(1)通电一段时间，观察到湿润的淀粉­KI试纸的______(填“C”或“D”)端变蓝。

(2)装置甲中阳极为_______，阴极的电极反应式为___________。

(3)装置乙中观察到的现象是__________________。

(4)电解一段时间后，装置甲、乙中共收集到气体0.168 L(标准状况下)，而且该时间段内装置乙中析出硫酸钠晶体(Na2SO4·10H2O)w g，测得装置甲中溶液的体积为1 L，则装置甲中溶液的pH为________。电解前饱和Na2SO4溶液的质量分数的计算式为_______________(计算时忽略电解过程中的其他副反应)。

解析　(1)由于D连接电源负极，作阴极，则C极作阳极，发生氧化反应生成I2，故淀粉－KI试纸的C端变蓝。(2)装置甲中Pt电极作阳极，而Fe极发生还原反应，作阴极。(3)装置乙中Cu为阳极，发生氧化反应生成Cu2＋，Cu极附近溶液中有Cu2＋的颜色，石墨电极上水得电子，发生还原反应，生成氢气，溶液的pH增大，故生成氢氧化铜沉淀。(4)相同时间内，装置甲、乙通过的电子的物质的量相等，装置甲中生成1 mol O2时，装置乙中生成2 mol H2，故0.168 L气体中有1/3是氧气，即氧气为0.056 L，且装置甲中存在关系式：4H＋～O2，故装置甲中c(H＋)＝0.01 mol/L，即装置甲中溶液的pH＝2。对于装置乙，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，电解的总反应式为Cu＋2H2OCu(OH)2↓＋H2↑。当阴极析出0.005 mol H2时，耗水0.01 mol，析出的晶体中Na2SO4的质量除以晶体质量和电解时消耗水的质量之和即为饱和溶液的质量分数。

答案　(1)C　(2)Pt　Ag＋＋e－===Ag

(3)石墨极有气泡产生，Cu极周围变蓝，溶液中出现蓝色沉淀

(4)2　×100%

12．某课外活动小组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B极的电极反应式为_________，总反应的离子方程式为________________________________。

有关上述实验，下列说法正确的是________(填序号)。

①溶液中Na＋向A极移动

②从A极处逸出的气体能使湿润的KI淀粉试纸变蓝

③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度

④若标准状况下B极产生2.24 L气体，则溶液中转移0.2 mol电子

(3)该小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。

①该电解槽的阳极反应式为____________________。此时通过阴离子交换膜的离子数________(填“大于”“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。

②制得的氢氧化钾溶液从出口________(填“A”“B”“C”或“D”)导出。

③通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因

__________________________________________________。

④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的电极反应式为__________________________________。

解析　(1)开关K与a相连，装置构成原电池，Fe失去电子为原电池负极。(2)开关K与b相连，装置构成电解NaCl溶液的电解池，B为电解池的阴极，溶液中的H＋在B极放电生成H2。电解过程中Na＋应该向阴极B移动；A极产生的气体为Cl2，Cl2能将I－氧化为I2，I2遇淀粉变蓝；根据电解反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，电解一段时间后若加入盐酸会增加H2O的质量，应通入HCl气体使其恢复到电解前电解质的浓度；若标准状况下B极产生2.24 L气体，即0.1 mol H2，则有0.2 mol电子发生转移，但在溶液中转移的不是电子，而是离子。(3)①溶液中的OH－在阳极失电子产生O2：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，所以在B口放出O2，从A口导出H2SO4。溶液中的H＋在阴极得到电子产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，则从C口放出H2，从D口导出KOH溶液。因SO所带电荷数大于K＋所带电荷数，SO通过阴离子交换膜，K＋通过阳离子交换膜，所以通过阳离子交换膜的离子数大于通过阴离子交换膜的离子数。O2、H2、KOH溶液构成燃料电池时，O2在电池正极放电：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。

答案　(1)Fe－2e－===Fe2＋

(2)2H＋＋2e－===H2↑　2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑　②

(3)①4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　小于　②D

③H＋在阴极附近放电，引起水的电离平衡向右移动，使c(OH－)>c(H＋)

④O2＋2H2O＋4e－===4OH－

13．如图装置所示，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。

请回答下列问题：

(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，则甲中发生的总反应的离子方程式为________________________________________。

解析　(1)由装置图知，直流电源与各电解池串联；由“F极附近呈红色”知，F极为阴极，则E极为阳极、D极为阴极、C极为阳极、G极为阳极、H极为阴极、X极为阳极、Y极为阴极、A极为正极、B极为负极。甲装置是用惰性电极电解CuSO4溶液，由于Cu2＋放电，导致c(Cu2＋)降低，溶液颜色逐渐变浅；丁装置是胶体的电泳实验，由于X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，说明氢氧化铁胶粒带正电荷。(2)当甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，C、D、E、F电极的产物分别为O2、Cu、Cl2、H2，根据各电极转移电子数相同，则对应单质的物质的量之比为1∶2∶2∶2。(3)给铜件镀银，根据电镀原理，铜件作阴极，银作阳极，电镀液是可溶性银盐。当乙中溶液的pH是13时，则乙中n(OH－)＝0.1 mol·L－1×0.5 L＝0.05 mol，即各电极转移电子0.05 mol，所以丙中析出银0.05 mol；甲装置中由于电解产生H＋，导致溶液的酸性增强，pH变小。(4)若将C电极换为铁，则铁作阳极发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，D极发生：Cu2＋＋2e－===Cu，则总反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋。

答案　(1)负极　逐渐变浅　氢氧化铁胶粒带正电荷

(2)1∶2∶2∶2

(3)镀件　AgNO3(合理即可)　5.4 g　变小

(4)Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋