2021版高中化学一轮复习练习：第06章 第3课时　电解池、金属的腐蚀与防护 Word版含解析

课时3　电解池、金属的腐蚀与防护

一、选择题

1．(2017·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”号的货轮满载着精选铜矿砂，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选铜矿砂密切相关。下列对此调查结论的理解正确的是(　　)

A．精铜矿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，钢制船体作阳极而被氧化腐蚀

解析　即使在潮湿的环境中精铜与空气(O2)的反应也很慢，但当它与钢(船体)、水膜(溶解有O2)形成原电池时会加速钢(船体)的腐蚀。

答案　C

2．某溶液中含有Cu2＋、Fe2＋、Al3＋、Cl－、NO，且浓度均为0.1 mol/L，用石墨作电极进行电解时，肯定得不到的产物是(　　)

A．Cl2　　 B．Al　　

C．Cu　　 D．H2

解析　阴极上Al3＋、Fe2＋的放电能力弱于H＋，而Cu2＋的放电能力比水电离出的H＋的放电能力强，阳极上Cl－放电能力强于OH－。

答案　B

3．下列关于电化学知识的说法正确的是(　　)

A．电解饱和食盐水在阳极得到氯气，阴极得到金属钠

B．电解精炼铜时，阳极质量的减少不一定等于阴极质量的增加

C．电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液，在阴极上依次析出Al、Fe、Cu

D．电解CuSO4溶液一段时间后(Cu2＋未反应完)，加入适量Cu(OH)2可以使溶液恢复至原状态

解析　A项，电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O＋Cl2↑，错误；B项，阳极除铜放电外，比铜活泼的金属如Zn、Fe也放电，但阴极上只有Cu2＋放电，正确；C项，根据金属活动性顺序可知，阴极上离子的放电顺序是Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Al3＋，Fe2＋和Al3＋不放电，Fe3＋得电子生成Fe2＋，不会析出铁和铝，在阴极上依次生成的是铜、亚铁离子、氢气，错误；D项，电解CuSO4溶液，阴极析出Cu，阳极生成氧气，应加入CuO。

答案　B

4．(2017·衡水检测)如图所示的电化学装置，下列叙述不正确的是(　　)

A．a和b用导线连接，电子由铁经过导线流向碳

B．a和b用导线连接，铁电极的电极反应式为：Fe－2e－===Fe2＋

C．a、b分别连接直流电源正、负极，可以防止铁被腐蚀

D．a、b分别连接直流电源负、正极，电压足够大时，Na＋向铁电极移动

解析　a和b用导线连接构成原电池，铁是负极，电子由铁经过导线流向碳，A正确；a和b用导线连接，铁电极的电极反应式为：Fe－2e－===Fe2＋，B正确；a、b分别连接直流电源正、负极，碳棒是阳极，铁电极是阴极，可以防止铁被腐蚀，C正确；a、b分别连接直流电源负、正极，碳棒是阴极，铁电极是阳极，电解池中阳离子Na＋向阴极碳电极移动，D错误。

答案　D

5．(2017·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　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。

答案　A

6．用如图装置电解K2SO4溶液，同时制备H2SO4溶液和KOH溶液，Ⅱ中装入K2SO4溶液，下列有关分析正确的是(　　)

A．Ⅰ区生成H2SO4

B．a是阴离子交换膜

C．Ⅱ区的K＋进入Ⅰ区

D．Ⅲ区溶液的pH会升高

解析　Ⅰ区是阴极区，溶液中的H＋放电，故Ⅰ区生成的是碱，K＋通过阳离子交换膜进入Ⅰ区，故A、B错，C对；Ⅲ区生成H2SO4，溶液pH下降，D错。

答案　C

7．(2016·福建四地六校联考)某小组设计电解饱和食盐水的装置如图，通电后两极均有气泡产生，下列叙述正确的是(　　)

A．铜电极附近观察到黄绿色气体

B．石墨电极附近溶液呈红色

C．溶液中的Na＋向石墨电极移动

D．铜电极上发生还原反应

解析　根据电解饱和食盐水的装置，如果通电后两极均有气泡产生，则金属铜一定是阴极，该极上的反应为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，石墨为阳极，发生的电极反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑，故石墨电极附近观察到黄绿色气体，铜电极极附近溶液呈红色，A、B错误，D正确；电解池中，阳离子移向阴极，即移向铜电极，C错误。

答案　D

8．(2016·太原测评)结合图示判断，下列叙述正确的是(　　)

A．K与N连接时，X为硫酸，一段时间后溶液的pH增大

B．K与N连接时，X为氯化钠，石墨极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

C．K与M连接时，X为硫酸，一段时间后溶液的pH增大

D．K与M连接时，X为氯化钠，石墨极电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

解析　A项，K与N连接时形成原电池，X为硫酸时，电池总反应式为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，溶液pH增大，正确；B项，X为NaCl时，发生Fe的吸氧腐蚀，石墨是正极，正极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，错误；C项，K与M相连时形成电解池，X为硫酸，实质是发生电解水的反应，H2O被消耗掉，则硫酸浓度增大，pH减小，错误；D项，电解NaCl溶液，石墨是阳极，阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑，错误。

答案　A

9．在铜片上镀银时，下列叙述正确的是(　　)

①将铜片接在电源的正极上　②将银片接在电源的正极上　③在铜片上发生的反应是：Ag＋＋e－===Ag　④在银片上发生的反应是：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　⑤需用硫酸铜溶液为电镀液　⑥需用硝酸银溶液为电镀液

A．①③⑥　　 B．②③⑥　　

C．①④⑤　　 D．②③④⑥

解析　在铜片上镀银时，需将铜片接在电源的负极上，将银片接在电源的正极上，用硝酸银溶液作电镀液。在铜片上发生的反应是：Ag＋＋e－===Ag，在银片上发生的反应是：Ag－e－===Ag＋。

答案　B

10．下面两套实验装置，都涉及金属的腐蚀反应，假设其中的金属块和金属丝都是足量的。下列叙述正确的是(　　)

A．装置Ⅰ在反应过程中只生成NO2气体

B．装置Ⅱ开始阶段铁丝只发生析氢腐蚀

C．装置Ⅱ在反应过程中能产生氢气

D．装置Ⅰ在反应结束时溶液中的金属阳离子只有Cu2＋

解析　装置Ⅰ中，铁被浓硝酸钝化，铜与浓硝酸反应，在这种条件下，铜作原电池的负极，铁作正极，反应生成红棕色的NO2，随着反应的进行，浓硝酸变为稀硝酸，随后铁作负极Cu作正极，稀硝酸发生还原反应生成无色的NO，金属过量，故反应结束时溶液中既有Fe2＋，又有Cu2＋。因为装置Ⅱ中充满氧气，一开始发生吸氧腐蚀，消耗氧气导致左边液面上升，铁与稀硫酸反应产生氢气，发生析氢腐蚀。

答案　C

11．(2016·广州一测)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会增大

C．K＋通过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　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；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。

答案　C

12．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＋经质子交换膜向右侧向左侧迁移

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会减小

解析　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＋由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。C项，石墨电极发生氧化反应，电极反应式为NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋，正确。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。

答案　C

二、填空题

13．(2015·贵阳期末，17)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镀下列金属中的一种以防止铁被腐蚀，正确的选择是________(填字母编号)。

A．Cu　　 B．Zn　　

C．Sn　　 D．Ag

(3)实验二：开关K与b连接，则乙________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________(填字母编号)。

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．反应在结束后，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)K与a相连构成原电池，铁作为原电池的负极，失去电子发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋。(2)在Fe上镀的金属必须比铁活泼，所以选择Zn。(3)K与b相连构成电解池，乙与电源负极相连，所以作为电解池的阴极。(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，若加入盐酸会引进H2O，使溶液浓度变稀，错误；D项，阴极Cl－放电结束后，OH－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；乙电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，n(e－)＝2n(H2)＝2×0.022 4 L÷22.4 L·mol－1＝0.002 mol c(OH－)＝＝＝＝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

14．如图所示，E为浸过含酚酞的Na2SO4溶液的滤纸。A、B分别为铂片，压在滤纸两端，R、S为电池的电极。M、N是用多微孔的Ni制成的电极，在碱溶液中可视为惰性电极。G为电流计，K为开关。C、D和电解池中都充满浓KOH溶液。若在滤纸中央滴一滴紫色的KMnO4溶液，将开关K打开，接通电源一段时间后，C、D中有气体产生。

请回答下列问题：

(1)R为________(填“正”或“负”)极。

(2)A附近溶液的现象是_________________________________________，

B附近发生的电极反应式为_____________________________________。

(3)滤纸上的紫色点向________(填“A”或“B”)方向移动。

(4)当C、D中的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，经过一段时间后，C、D中的气体逐渐减少，C中的电极为________(填“正”或“负”)极，电极反应式为_______________________________________________。

解析　电解KOH溶液就是电解水，两极分别产生H2和O2，因为相同条件下产生H2的体积是O2体积的两倍，所以C管中收集到的是H2，D管中收集到的是O2。

(1)H2是在阴极产生的，所以M是阴极，与之相连的R是电源的负极。

(2)B是电解池的阳极，A是电解池的阴极。电解Na2SO4溶液也是电解水，电解时H＋移动到A极，得电子被还原为H2，破坏了A极附近水的电离平衡，导致A极附近的溶液显碱性，使酚酞溶液变红。B极上OH－被氧化生成O2。

(3)KMnO4溶液中，紫红色的MnO向阳极移动。

(4)当C、D中的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，此时装置变为燃料电池。经过一段时间，C、D中的气体逐渐减少，H2和O2反应生成水，在碱性条件下，C中H2发生氧化反应。

答案　(1)负　(2)溶液变红　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　(3)B　(4)负　2H2＋4OH－－4e－===4H2O

15．(2016·海淀期末)电化学原理在防止金属腐蚀、能量转换、物质合成等方面应用广泛。

(1)图1中，为了减缓海水对钢闸门A的腐蚀，材料B可以选择________(填字母序号)。

a．碳棒　　　　　　b．锌板　　　　　　c．铜板

用电化学原理解释材料B需定期拆换的原因：_____________________________________________________________。

(2)图2中，钢闸门C作________极。若用氯化钠溶液模拟海水进行实验，D为石墨块，则D上的电极反应式为__________________________________，检测该电极反应产物的方法是______________________________________。

(3)镁燃料电池在可移动电子设备电源和备用电源等方面应用前景广阔。图3为“镁—次氯酸盐”燃料电池原理示意图，电极为镁合金和铂合金。

①E为该燃料电池的________极(填“正”或“负”)。F电极上的电极反应式为_______________________________________________________________。

②镁燃料电池负极容易发生自腐蚀产生氢气，使负极利用率降低，用化学用语解释其原因：___________________________________________________。

(4)乙醛酸()是有机合成的重要中间体。工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸，原理如图4所示，该装置中阴、阳两极为惰性电极，两极室均可产生乙醛酸，其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸。

①N电极上的电极反应式为_____________________________________。

②若有2 mol H＋通过质子交换膜，并完全参与了反应，则该装置中生成的乙醛酸为________ mol。

解析　根据电化学原理，材料B对应的金属的活泼性应强于被保护的金属，所以材料B可以为锌板。(2)图2为外加电流的阴极保护法，被保护的金属应与电源负极相连，作阴极，则D作阳极，Cl－在阳极发生失电子反应生成Cl2。可以用湿润的淀粉碘化钾试纸或淀粉碘化钾溶液来检验Cl2。(3)①镁具有较强的还原性，且由图示可知Mg转化为Mg(OH)2，发生失电子的氧化反应，故E为负极。次氯酸根离子具有强氧化性，且由图示可知在F电极(正极)ClO－转化为Cl－，发生得电子的还原反应。②镁可与水缓慢反应生成氢气(与热水反应较快)，即发生自腐蚀现象。(4)①由H＋的迁移方向可知N为阴极，发生得电子的还原反应，结合题意“两极室均可产生乙醛酸”，可知N电极为乙二酸发生得电子的还原反应生成乙醛酸。②1 mol乙二酸在阴极得到2 mol电子，与2 mol H＋反应生成1 mol乙醛酸和1 mol H2O，同时在阳极产生的1 mol Cl2能将1 mol乙二醛氧化成1 mol乙醛酸，两极共产生2 mol乙醛酸。

答案　(1)b　锌等作原电池的负极，(失电子，Zn－2e－===Zn2＋)不断遭受腐蚀，需定期拆换

(2)阴　2Cl－－2e－===Cl2↑　将湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极附近，试纸变蓝，证明生成氯气(或取阳极附近溶液滴加淀粉KI溶液，变蓝)

(3)①负　ClO－＋2e－＋H2O===Cl－＋2OH－

②Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑

(4)①HOOC—COOH＋2e－＋2H＋===HOOC—CHO＋H2O　②2