高中化学选修四鲁科版-第一章 电解池　金属腐蚀与防护课后达标检测

电解池　金属腐蚀与防护课后达标检测

一、选择题

1．(2019·邢台期末)常温下用惰性电极电解NaHSO4溶液，电解一段时间后，下列有关电解质溶液变化的说法正确的是(　　)

A．电解质溶液的浓度增大，pH减小

B．电解质溶液的浓度增大，pH增大

C．电解质溶液的浓度减小，pH减小

D．电解质溶液的浓度不变，pH不变

解析：选A。NaHSO4===Na＋＋H＋＋SO，溶液呈酸性，常温下用惰性电极电解NaHSO4溶液实质是电解水，因此NaHSO4溶液的浓度增大，c(H＋)增大，pH减小，故A项正确。

2．(2019·贵阳调研)在世界海运史上曾发生过这样一个悲剧：一艘名叫“阿那吉纳”号的货轮满载着精铜砂，在向日本海岸行驶时突然发生大面积漏水，最终沉没。坚硬的钢制船体为什么会突然漏水呢？事后的事故调查结果表明导致沉船的原因与船上的精铜砂密切相关。下列对此调查结论的理解正确的是(　　)

A．精铜砂装载过多导致沉船

B．运输途中铜与空气中的氧气发生氧化反应导致质量增大，超过船的承载能力

C．在潮湿的环境中，船体与铜构成了原电池，加速了作为负极的船体的腐蚀

D．在潮湿的环境中，船体与铜构成了电解池，钢制船体作为阳极而被氧化腐蚀

解析：选C。潮湿环境中，Cu、Fe形成原电池加快了轮船的腐蚀。

3．(2019·高考江苏卷)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)

A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋

B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能

C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀

D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀

解析：选C。A项，铁和炭的混合物用NaCl溶液湿润后构成原电池，铁做负极，铁失去电子生成Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，错误；B项，铁腐蚀过程中化学能除了转化为电能外，还可转化为热能等，错误；C项，构成原电池后，铁腐蚀的速率变快，正确；D项，用水代替NaCl溶液，Fe和炭也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。

4．电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法，其原理如图所示，电极均为惰性电极。已知海水中含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SO等离子。下列叙述中正确的是(　　)

A．A膜是阳离子交换膜

B．通电后，海水中阴离子往b电极处移动

C．通电后，b电极上产生无色气体，溶液中出现白色沉淀

D．通电后，a电极的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

解析：选C。A项，A膜是阴离子交换膜，错误；B项，通电后，海水中阴离子往阳极(a电极)处移动，错误；C项，通电后，由于放电能力：H＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋，所以H＋在阴极(b电极)上放电：2H＋＋2e－===H2↑，产生无色气体，由于破坏了附近的水的电离平衡，在该区域c(OH－)增大，会发生反应：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，所以溶液中还会出现白色沉淀，正确；D项，通电后，由于溶液中的放电能力：Cl－>OH－>SO，所以在阳极(a电极)上发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，错误。

5．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是(　　)

A．常温下，断开K，若M溶液为浓硫酸，则铁发生化学腐蚀

B．关闭K，若M为氯化钠，则铁极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

C．关闭K，若M为硫酸铵，则石墨极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

D．关闭K，若M溶液为海水，石墨换成铜或银，则叫外加电流的阴极保护法

解析：选C。常温下，断开K，若M溶液为浓硫酸，则金属铁被钝化，铁受到保护，故A错误；关闭K，若M为氯化钠，则发生金属铁的吸氧腐蚀，金属铁是负极，铁极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故B错误；关闭K，若M为硫酸铵，其溶液显酸性，则发生金属铁的析氢腐蚀，石墨是正极，石墨极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故C正确；关闭K，若M溶液为海水，石墨换成铜或银，此时金属铁是负极，会加快金属Fe的腐蚀速率，故D错误。

6．(2019·广州一模)用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是(　　)

A．阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

B．通电后阴极区附近溶液的pH增大

C．K＋通过阳离子交换膜从阴极区移向阳极区

D．纯净的KOH溶液从b口导出

解析：选C。阳极区为粗KOH溶液，阳极上OH－失电子发生氧化反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A项正确；通电后阴极上H2O得电子发生还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区附近溶液中c(OH－)增大，pH增大，B项正确；电解时阳离子向阴极区移动，故K＋通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区，C项错误；阴极区生成KOH，故纯净的KOH溶液从b口导出，D项正确。

7．常温下，NCl3是一种黄色黏稠状液体，是制备新型水消毒剂ClO2的原料，可以采用如图所示装置制备NCl3。下列说法正确的是(　　)

A．每生成1 mol NCl3，理论上有4 mol H＋经质子交换膜右侧向左侧迁移

B．可用湿润的淀粉­KI试纸检验气体M

C．石墨极的电极反应式为NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋

D．电解过程中，质子交换膜右侧溶液的pH减小

解析：选C。A项，由NH→NCl3，根据元素化合价变化知，NH中N由－3价升高至＋3价，每生成1 mol NCl3，理论上有6 mol H＋经质子交换膜右侧向左侧(阴极区)迁移，错误。B项，M是氢气，不能用湿润的淀粉­KI试纸检验，错误。D项，电解过程中，质子交换膜右侧溶液中c(H＋)减小，溶液pH增大，错误。

8．某工厂用电解法处理含有SO2的尾气，其装置如图所示(电极材料均为惰性电极)。下列说法不正确的是(　　)

A．电极a连接的是电源的正极

B．若电路中转移0.03 mol e－，则离子交换膜左侧溶液中增加0.03 mol离子

C．图中的离子交换膜是阳离子交换膜

D．阴极的电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O

解析：选B。A.根据装置图可知，电极a上发生SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，根据电解原理可知，电极a为阳极，即电极a接电源的正极，故A说法正确；B.电极b为阴极，根据装置图可知，电极b的电极反应式为2HSO＋2H＋＋2e－===S2O＋2H2O，电极a的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，通过0.03 mol电子，电极a上产生0.015 mol SO和 0.06 mol H＋，电极b上消耗0.03 mol H＋，即从左侧转移到右侧0.03 mol H＋，因此左侧增加离子的量为(0.015＋0.06－0.03) mol＝0.045 mol，故B说法错误；C.根据选项B的分析，左侧H＋转移到右侧，说明离子交换膜是阳离子交换膜，故C说法正确；D.根据选项B的分析可知说法正确。

9．(2019·贵阳高三检测)如图表示用酸性氢氧燃料电池为电源进行的电解实验。下列说法中正确的是(　　)

A．燃料电池工作时，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．a极是铁，b极是铜时，b极逐渐溶解，a极上有铜析出

C．a极是粗铜，b极是纯铜时，a极逐渐溶解，b极上有铜析出

D．a、b两极均是石墨时，a极上产生的O2与电池中消耗的H2的体积比为2∶1

解析：选C。因为是酸性氢氧燃料电池，所以正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A项错误；题图所示右侧装置为电解池，a极与电池的正极相连，为电解池的阳极，所以铁失电子，a极逐渐溶解，b极上有铜析出，B项错误；a极是粗铜，b极是纯铜时，形成电解精炼铜的装置，C项正确；a极上产生1 mol O2时转移4 mol电子，转移4 mol电子时，电池中消耗2 mol H2，则相同条件下，a极上生成的氧气与电池中消耗的H2的体积比为1∶2，D项错误。

10．(2019·衡水中学测试)在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等金属腐蚀现象。可以通过下列装置所示实验进行探究。下列说法正确的是(　　)

A．按图Ⅰ装置实验，为了更快更清晰地观察到导管内液柱上升，可用酒精灯加热具支试管

B．图Ⅱ装置是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ装置的正极材料是铁

C．铝制品表面出现白斑可以通过图Ⅲ装置进行探究，Cl－由活性炭区向铝箔表面区迁移，并发生电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑

D．图Ⅲ装置的总反应方程式为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，生成的Al(OH)3脱水形成白斑

解析：选D。A.具支试管内气体受热压强增大，不能更快更清晰地观察到液柱上升，错误；B.在铁腐蚀的原电池反应中，铁做负极，错误；C.负极反应式为Al－3e－===Al3＋，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总反应方程式为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，错误；D.由上述分析可知图Ⅲ装置的总反应方程式为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑，正确。

二、非选择题

11.某课外活动小组的同学在学习了电化学相关知识后，用如图装置进行实验，请回答下列问题：

(1)实验一：将开关K与a连接，则乙为______极，电极反应式为____________________________。

(2)实验一结束后，该研究小组的同学决定在乙电极表面上镶嵌下列金属中的一种以防止铁被腐蚀，正确的选择是______。

A．Cu　　　　　　　　　 B．Zn

C．Sn   D．Ag

(3)实验二：将开关K与b连接，则乙为______极，总反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

(4)对于实验二，下列说法正确的是______(填字母)。

A．溶液中Na＋向甲极移动

B．从甲极处逸出的气体能使湿润的淀粉­KI试纸变蓝

C．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

D．反应结束后，甲电极和乙电极上收集到的气体体积一定相等

(5)该研究小组的同学在进行实验二结束的溶液中滴加酚酞溶液，发现______(填“甲”或“乙”)极附近变红。若标准状况下乙电极产生22.4 mL气体，转移电子的物质的量为______mol；若剩余溶液体积为200 mL，则该溶液的pH为______。

解析：(1)开关K与a相连构成原电池，铁做原电池的负极，失去电子发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋。(2)在Fe上镶嵌的金属必须比铁活泼，所以选择Zn。(3)开关K与b相连构成电解池，乙与电源负极相连，所以做电解池的阴极。(4)A项，电解池中阳离子向阴极移动，错误；B项，甲极Cl－放电生成Cl2，Cl2可使湿润的淀粉­KI试纸变蓝，正确；C项，两电极生成的是等量的H2和Cl2，应通入HCl气体，若加入盐酸会引进H2O，使溶液浓度减小，错误；D项，阳极Cl－放电结束后OH－可能继续放电得到O2，错误。(5)乙电极是H＋放电，所以该电极处产生了大量的OH－，加入酚酞溶液变红；乙电极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，n(e－)＝2n(H2)＝2×22.4 ×10－3  L÷22.4 L·mol－1＝0.002 mol；n(OH－)＝2n(H2)＝0.002 mol，所以c(OH－)＝0.002 mol÷0.2 L＝0.01 mol·L－1，所以pH＝12。

答案：(1)负　Fe－2e－===Fe2＋　(2)B

(3)阴　2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑

(4)B　(5)乙　0.002　12

12．认真观察下列装置，回答下列问题：

(1)装置B中PbO2上发生的电极反应式为____________________________

________________________________________________________________________。

连接装置B、C的U形管中装有琼脂的KCl饱和溶液，其作用是________________

________________________________________________________________________。

(2)装置A中总反应的离子方程式为_____________________________________

____________________。

(3)若装置E的目的是在Cu材料上镀银，则X为__________，极板N的材料为__________。

解析：本题的关键是判断原电池，由盐桥及相关反应可知装置B、C构成原电池。Pb做负极：Pb－2e－＋SO===PbSO4，PbO2做正极：PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O。装置A中与PbO2相连的Cu电极为电解池的阳极：Cu－2e－===Cu2＋，Pt电极为阴极：2H＋＋2e－===H2↑，总反应为Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑。装置E中为电镀，镀层金属做阳极，镀件做阴极；极板M为阴极，则其材料为铜；极板N为阳极，则其材料为银；X溶液为AgNO3溶液。

答案：(1)PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O　使装置B、C中的溶液连成通路，平衡电荷

(2)Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑

(3)AgNO3　Ag

13．(1)电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。

电化学降解NO的原理如图，电源正极为________(填“A”或“B”)，阴极反应式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)如图是一种用电解原理来制备H2O2，并用产生的H2O2处理废氨水的装置。

①为了不影响H2O2的产量，需要向废氨水中加入适量HNO3调节溶液的pH约为5，则所得溶液中c(NH)________(填“>”“＜”或“＝”)c(NO)。

②Ir－Ru惰性电极吸附O2生成H2O2，其电极反应式为

________________________________________________________________________。

③理论上电路中每转移3 mol e－，最多可以处理废氨水中溶质(以NH3计)的质量是________g。

(3)电解法也可以利用KHCO3使K2CO3溶液再生，其原理如图所示，KHCO3应进入________(填“阴极”或“阳极”)室。简述K2CO3再生的原理：________________

________________________________________________________________________。

解析：(1)由题给原理图可知，Ag－Pt电极上NO发生还原反应生成N2，因此Ag－Pt电极为阴极，电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，则B为电源负极，A为电源正极。

(2)①溶液中存在电荷守恒：c(NH)＋c(H＋)＝c(NO)＋c(OH－)，pH约为5，则溶液呈酸性，即c(H＋)>c(OH－)，则c(NH)＜c(NO)；②Ir－Ru惰性电极吸附氧气，氧气得电子发生还原反应：O2＋2H＋＋2e－===H2O2；③4NH3＋3O2===2N2＋6H2O中，消耗4 mol氨转移12 mol电子，因此转移3 mol电子时，最多可以处理废氨水中溶质NH3的物质的量为1 mol，其质量为17 g。

(3)根据题图可知，在阴极水电离产生的H＋获得电子变为氢气逸出，产生的OH－和HCO反应生成CO，使得K2CO3再生。

答案：(1)A　2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O

(2)①＜　②O2＋2H＋＋2e－===H2O2　③17

(3)阴极　在阴极水电离产生的H＋得电子生成H2，产生的OH－和HCO反应生成CO，使得K2CO3再生