2020高考化学一轮复习考点规范练18《电解池金属的电化学腐蚀与防护》(含解析)

考点规范练18　电解池　金属的电化学腐蚀与防护

(时间:45分钟　满分:100分)

一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。每小题只有一个选项符合题目要求)

1.如图是CO2电催化还原为CH4的工作原理示意图。下列说法不正确的是(　　)

A.该过程是电能转化为化学能的过程

B.一段时间后,①池中n(KHCO3)不变

C.一段时间后,②池中溶液的pH一定下降

D.铜电极的电极反应式为CO2+8H++8e-CH4+2H2O

2.为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示装置,下列有关说法中错误的是(　　)

A.正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-

B.将石墨电极改成Mg电极,难以观察到铁锈生成

C.若向自来水中加入少量NaCl(s),可较快地看到铁锈

D.分别向铁、石墨电极附近吹入O2,前者铁锈出现较快

3.(2018河南天一大联考阶段检测)普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质,利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的是(　　)

A.电极a为粗铜,电极b为精铜

B.甲膜为过滤膜,可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区

C.乙膜为阴离子交换膜,可阻止杂质阳离子进入阴极区

D.当电路中通过1 mol电子时,可生成32 g精铜

4.关于下列装置的说法中正确的是(　　)

A.装置①中,盐桥中的K+移向ZnSO4溶液一端

B.装置②工作一段时间后,a极附近溶液的pH增大

C.用装置③精炼铜时,c极为粗铜

D.装置④中电子在外电路由Zn流向Fe,装置中有Fe2+生成

5.用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是(　　)

A.用石墨作阳极,铁作阴极

B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e-ClO-+H2O

C.阴极的电极反应式:2H2O+2e-H2↑+2OH-

D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O

6.纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制阳极电解液中OH-的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示,总反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑。下列说法不正确的是(　　)

A.钛(Ti)电极表面发生氧化反应

B.阳极附近溶液的pH逐渐减小

C.离子交换膜宜采用阴离子交换膜

D.阳极表面总反应式是2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2O

7.LiOH常用于制备锂离子电池的正极材料。工业上常利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。下列说法正确的是(　　)

A.a是电源的负极

B.B极区电解液为LiOH溶液

C.A电极的电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑

D.每产生标准状况下2.24 L氢气,就有0.1 mol阳离子通过交换膜进入阴极区

8.将等物质的量浓度的Cu(NO3)2和KCl溶液等体积混合后,用石墨电极进行电解,电解过程中,溶液pH随时间t变化的曲线如图所示,则下列说法错误的是(　　)

A.AB段阳极只产生Cl2,阴极只产生Cu

B.BC段表示在阴极上是H+放电产生了H2

C.CD段相当于电解水

D.阳极先析出Cl2,后析出O2,阴极先产生Cu,后析出H2

二、非选择题(本题共3个小题,共52分)

9.(12分)如图所示3套实验装置,分别回答下列问题。

(1)装置1为铁的吸氧腐蚀实验。一段时间后,向插入铁钉的玻璃筒内滴入K3[Fe(CN)6]溶液,即可观察到铁钉附近的溶液出现蓝色沉淀,表明铁被　　　　(填“氧化”或“还原”);向插入石墨电极的玻璃筒内滴入酚酞溶液,可观察到石墨电极附近的溶液变红,该电极反应式为　。 

(2)装置2中的石墨作　　　　　(填“正”或“负”)极,该装置发生的总反应的离子方程式为　　　。 

(3)装置3中甲烧杯盛放100 mL 0.2 mol·L-1的氯化钠溶液,乙烧杯盛放100 mL 0.5 mol·L-1的硫酸铜溶液。反应一段时间后,停止通电。向甲烧杯中滴入几滴酚酞溶液,观察到石墨电极附近溶液首先变红。

①电源的M端为　　　　极;甲烧杯中铁极的电极反应式为　　　　　　　　　　　。 

②乙烧杯中电解反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

③停止通电后,取出Cu电极,洗涤、干燥、称量,电极增重0.64 g,甲烧杯中产生的气体在标准状况下的体积为　　　　 mL。 

10.(20分)(1)用间接电化学法除去NO的过程,如图所示:

已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间,写出阴极的电极反应式:　。 

用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理: 　。 

(2)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。

①用石墨作电极,在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图所示),写出阳极产生ClO2的电极反应式:　。 

②电解一段时间,当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时,停止电解,通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为　　　　mol;用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因:　 　。 

(3)①钢铁锈蚀的图示如图a所示:

用箭头表示出图a中电子的运动方向;请你分析高铁铁轨锈蚀的原因是  　。 

图a

图b

②我国的科技人员为了消除SO2的污染,变废为宝,利用原电池原理,设计由SO2和O2来制备硫酸。设计装置如图b所示,电极A、B为多孔的材料。

A极为　　　　(填“正极”或“负极”)。 

B极的电极反应式是　。 

11.(2018山东烟台自主练习)(20分)铬是常见的过渡金属之一,研究铬的性质具有重要意义。

(1)在如图装置中,观察到装置甲中铜电极上产生大量的无色气体;而装置乙中铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量红棕色气体。由此可得到的结论是 　。 

(2)工业上使用下图装置,采用石墨作电极电解Na2CrO4溶液,使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,其转化原理为  　。 

(3)CrO3和K2Cr2O7均易溶于水,它们是工业废水造成铬污染的主要原因。要将Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)常见的处理方法是电解法。

将含Cr2的废水通入电解槽内,用铁作阳极,在酸性环境中,加入适量的NaCl进行电解,使阳极生成的Fe2+和Cr2发生反应,其离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。阴极上Cr2、H+、Fe3+都可能放电。若Cr2放电,则阴极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　;若H+放电,则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,已知:常温下,Cr3+Cr(OH)3Cr,则阴极区溶液pH的范围为　　　　　　　　　。 

考点规范练18　电解池　金属的电化学腐蚀与防护

1.B　该装置是一个电解池,电解池是将电能转化为化学能的装置,A项正确;在电解池的阴极上发生二氧化碳得电子的还原反应,即CO2+8H++8e-CH4+2H2O,一段时间后,氢离子浓度减小,氢氧根离子浓度增大,氢氧根离子会和①池中的碳酸氢钾反应,所以n(KHCO3)会减小,B项错误;在电解池的阳极上,是阴离子(氢氧根离子)发生失电子的氧化反应,所以酸性增强,pH一定下降,C项正确;铜电极的电极反应式为CO2+8H++8e-CH4+2H2O,D项正确。

2.D　铁是负极,失电子被氧化成Fe2+,在正极氧气得电子发生还原反应生成OH-,故将氧气吹向石墨电极,铁锈出现得更快,A项正确、D项错误;若将石墨电极换成Mg电极,则负极为Mg,Fe被保护,难以看到铁生锈,B项正确;向自来水中加入NaCl(s),可使电解质溶液的导电能力增强,加快腐蚀速率,C项正确。

3.D　由题意结合电解原理可知,电极a是阴极,为精铜,电极b是阳极,为粗铜,A项错误;甲膜为阴离子交换膜,可阻止杂质阳离子进入阴极区,B项错误;乙膜为过滤膜,可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区,C项错误;当电路中通过1mol电子时,可生成0.5mol精铜,其质量为32g,D项正确。

4.B　在装置①中,金属锌是负极,金属铜是正极,盐桥中的K+移向CuSO4溶液一端,故A项错误;装置②是电解池,阴极上是氢离子得电子发生还原反应,氢离子浓度减小,所以a极附近溶液的pH增大,故B项正确;电解精炼铜时,电解池的阳极是粗铜,阴极是精铜,即c极为精铜,故C项错误;在装置④中,金属锌是负极,金属铁是正极,电子在外电路从负极Zn流向正极Fe,装置中铁电极上会产生氢气,故D项错误。

5.D　若铁作阳极,则铁失电子生成Fe2+,则CN-无法除去,故铁只能作阴极,A项正确;Cl-要生成ClO-,Cl的化合价升高,故在阳极发生氧化反应,又已知该溶液呈碱性,故B项正确;阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应,碱性条件下,H2O提供阳离子H+,故C项正确;由于溶液呈碱性,故除去CN-发生的反应为2CN-+5ClO-+H2ON2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-,D项错误。

6.A　钛(Ti)电极为阴极,氢离子得电子,发生还原反应,A项错误;阳极附近溶液的氢氧根离子参加电极反应,pH逐渐减小,B项正确;离子交换膜宜采用阴离子交换膜,氢氧根离子能从阴极区移动到阳极区,C项正确;阳极电极反应式为2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2O,D项正确。

7.B　根据图示可知,B电极上有氢气生成,则B为电解池阴极,A为阳极,a为正极、b为负极,阴极电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,阳极反应式为2Cl--2e-Cl2↑。根据以上分析知,A项错误;A极是阳极、B极是阴极,B电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,有氢氧根离子生成,所以B极区电解液为LiOH溶液,A极区电解质溶液为LiCl溶液,B项正确;A电极上氯离子放电,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,C项错误;每产生标准状况下2.24L氢气,就有0.2mol电子转移,根据电荷守恒知,有0.2mol阳离子通过交换膜进入阴极区,D项错误。

8.B　设Cu(NO3)2和KCl的物质的量各为nmol,在AB段,阳极发生反应2Cl--2e-Cl2↑,阴极发生反应Cu2++2e-Cu,阳极nmol氯离子失nmol电子,阴极上nmol铜离子得nmol电子,由于混合后的溶液呈酸性,铜离子浓度逐渐减小,溶液pH逐渐增大,A项正确;在BC段,阳极发生反应2H2O-4e-4H++O2↑,阴极发生反应Cu2++2e-Cu,阴极上nmol铜离子再得nmol电子,溶液中氢离子浓度增大,溶液的pH迅速减小,B项错误;在CD段,阳极发生反应4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极发生反应2H++2e-H2↑,实质是电解水,溶液中氢离子浓度逐渐增大,pH减小,C项正确;由上述分析可知,阳极先析出Cl2,后析出O2,阴极先产生Cu,后析出H2,D项正确。

9.答案(1)氧化　O2+4e-+2H2O4OH-

(2)正　Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+

(3)①正　Fe-2e-Fe2+　②2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+　③224

解析(1)铁发生吸氧腐蚀,铁被氧化生成Fe2+,正极发生还原反应,氧气得到电子被还原生成OH-,电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-。(2)铜可被Fe3+氧化,发生反应Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+,形成原电池时,铜为负极,发生氧化反应,石墨电极为正极。(3)由题意知,甲池中石墨电极为阴极,则铁极为阳极,乙池中铜作阴极,石墨电极作阳极。①铁极为阳极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,则M端为正极;②乙烧杯中用铜作阴极、石墨电极作阳极来电解硫酸铜溶液,阳极上氢氧根离子放电生成氧气,阴极上铜离子放电析出铜,电解方程式为2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+;③取出Cu电极,洗涤、干燥、称量,电极增重0.64g,则生成Cu的物质的量为=0.01mol,转移电子的物质的量为0.01mol×2=0.02mol,甲烧杯中,阳极铁被氧化,阴极产生氢气,

2H2O+2e-2OH-+H2↑

 2mol 22.4L

 0.02mol V

V==0.224L,即224mL。

10.答案(1)2HS+2H++2e-S2+2H2O

2NO+2S2+2H2ON2+4HS　(2)①Cl-+2H2O-5e-ClO2↑+4H+　②0.01　在阴极发生2H++2e-H2↑,H+浓度减小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移动,OH-浓度增大,pH增大　(3)①

Fe-2e-Fe2+;由于电解质溶液中有H2CO3溶液,电离出氢离子,2H++2e-H2↑,发生析氢腐蚀。电解质溶液中又溶有氧气,O2+2H2O+4e-4OH-,发生吸氧腐蚀　②正极　SO2+2H2O-2e-S+4H+

解析(1)阴极发生还原反应,是亚硫酸氢根离子得电子生成S2,电极反应式为2HS+2H++2e-S2+2H2O;S2与一氧化氮发生氧化还原反应,生成氮气和亚硫酸氢根,离子反应方程式为2NO+2S2+2H2ON2+4HS。

(2)①由题意可知,氯离子放电生成ClO2,由元素守恒可知,有水参加反应,同时生成氢离子,电极反应式为Cl-+2H2O-5e-ClO2↑+4H+。②在阴极发生2H++2e-H2↑,氢气的物质的量为=0.005mol,通过阳离子交换膜的阳离子为+1价离子,通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.005mol×2=0.01mol,电解时阴极H+浓度减小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移动,溶液的pH增大。

(3)①钢铁含有铁和碳,铁为负极,碳为正极,电子由负极流向正极,故电子的移动方向可表示为;高铁铁轨锈蚀的原因是铁为负极发生氧化反应Fe-2e-Fe2+。由于电解质溶液中有H2CO3,电离出氢离子,2H++2e-H2↑,发生析氢腐蚀。电解质溶液中又溶有氧气,O2+2H2O+4e-4OH-,发生吸氧腐蚀。②由题意可知原电池目的是用SO2与O2反应来制备硫酸,B极生成硫酸,则通入的气体应为SO2,硫元素由+4价升高到+6价,发生氧化反应,B极为负极,A极为正极。B极SO2中硫元素由+4价升高到+6价,发生氧化反应,发生的电极反应式为SO2+2H2O-2e-S+4H+。

11.答案(1)由装置甲中现象知铬的金属活动性比铜强;由装置乙中现象知常温下铬在浓硝酸中钝化

(2)阳极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O,使c(H+)增大,从而导致反应2Cr+2H+Cr2+H2O发生

(3)Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O　Cr2+6e-+14H+2Cr3++7H2O　8<pH<10(或10>pH>8)

解析(1)由装置甲中现象知铬的金属活动性比铜强;由装置乙中现象知常温下铬在浓硝酸中钝化。

(3)阳极生成的Fe2+和Cr2发生反应,其离子方程式为Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O。若Cr2放电,则阴极的电极反应式为Cr2+6e-+14H+2Cr3++7H2O;若H+放电,则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,根据题意,若生成Cr(OH)3,则10-6mol·L-1<c(OH-)<10-4mol·L-1,则阴极区溶液pH的范围为8<pH<10。