高考化学一轮复习课后限时集训20电解池金属的腐蚀与防护含答案

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1．下列有关电化学在生产、生活中的应用分析正确的是( )
图1 图2 图3 图4
A．图1：铁钉发生析氢腐蚀
B．图2：可以在铁件上镀铜
C．图3：溶液中c(Cu2＋)保持不变
D．图4：将输油管与电源负极相连可以防止腐蚀
D [题图1，电解质溶液若呈酸性，则铁钉发生析氢腐蚀，电解质溶液若呈碱性或中性，则铁钉发生吸氧腐蚀，A项错误；题图2，在铁件上镀铜，铜片作阳极，应与电源正极相连，待镀铁件作阴极，应与电源负极相连，B项错误；题图3，电解精炼铜时，阳极上锌先放电，铜后放电，而阴极上是Cu2＋放电，故电解质溶液中c(Cu2＋)减小，C项错误；题图4，采用外加电流的阴极保护法，将输油管与电源负极相连，输油管作阴极，可以防止腐蚀，D项正确。]
2．科学家设计了一种可以循环利用人体呼出的CO2并提供O2的装置，总反应方程式为2CO2===2CO＋O2。下列说法正确的是( )
A．由图分析N电极为正极
B．OH－通过离子交换膜迁向左室
C．阴极的电极反应为CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－
D．反应完毕，该装置中电解质溶液的碱性增强
C [该装置为太阳能电池和电解池的综合装置，左边为太阳能电池装置，根据电子的移动方向可知，N电极为负极，P电极为正极；右边为电解池装置，与N电极相连的Pt电极为阴极，与P电极相连的Pt电极为阳极，阴极上CO2放电，发生还原反应生成CO，阳极上OH－放电，发生氧化反应生成O2，则离子交换膜应为阴离子交换膜。A项，由题图可知N电极为负极，P电极为正极，错误；B项，OH－通过阴离子交换膜迁向右室，错误；C项，根据题图知，阴极发生的电极反应为CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－，正确；D项，根据总反应2CO2===2CO＋O2，可知反应完毕装置中溶液的pH并无变化，故碱性不会增强，错误。]
[教师用书备选]
用如图所示装置电解一段时间后，下列叙述错误的是( )
A．电极Ⅰ、电极Ⅱ均为Fe，A为NaCl溶液，两电极间可能会出现白色沉淀
B．电极Ⅰ、电极Ⅱ均为石墨，A为FeCl2溶液，电极Ⅱ附近溶液变成黄绿色
C．电极Ⅰ、电极Ⅱ均为Pt，A为饱和Na2SO4溶液，电解质溶液中有晶体析出
D．电极Ⅰ、电极Ⅱ均为Al，A为AlCl3溶液，电极Ⅰ质量增加
D [A项，电极Ⅰ、电极Ⅱ均为Fe，A为NaCl溶液，则在阳极、阴极分别生成亚铁离子和氢氧根离子，两电极间可能会出现白色沉淀，正确；B项，电极Ⅰ、电极Ⅱ均为石墨，A为FeCl2溶液，电极Ⅱ上氯离子失电子变成氯气，而使其附近溶液变成黄绿色，正确；C项，电极Ⅰ、电极Ⅱ均为Pt，A为饱和Na2SO4溶液，电解后水减少，电解质溶液中有晶体析出，正确；D项，电极Ⅰ、电极Ⅱ均为Al，A为AlCl3溶液，电极Ⅰ上氢离子得电子生成H2，电极Ⅰ质量不增加，错误。]
3．根据两电极反应物浓度不同而安排的电池称为浓差电池。利用如图装置进行实验，甲、乙两池中均盛有1 ml·L－1的AgNO3溶液。实验开始时先闭合K1，断开K2。一段时间后，断开K1，闭合K2，形成浓差电池，灵敏电流计指针发生偏转(已知Ag＋浓度越大，其氧化性越强)。下列说法错误的是( )
A．闭合K1，断开K2后，A电极质量增加
B．断开K1，闭合K2后，B电极发生氧化反应
C．断开K1，闭合K2后，NOeq \\al(－,3)向A电极移动
D．闭合K1，断开K2后，乙池溶液中Ag＋浓度增大
B [闭合K1，断开K2后，该装置为电解池，A电极为阴极，B电极为阳极，Ag＋在阴极被还原为Ag，A电极增重，作为阳极的Ag溶解，乙池溶液中Ag＋浓度增大，A、D正确；断开K1，闭合K2后，该装置为原电池，乙池溶液中Ag＋浓度较大，氧化性强，在B电极上发生还原反应生成Ag，B电极为正极，A电极为负极，NOeq \\al(－,3)向A电极移动，B错误，C正确。]
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。 已知海水中含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SOeq \\al(2－,4)等离子，电极为惰性电极。下列叙述中正确的是( )
A．B膜是阴离子交换膜
B．通电后，海水中阳离子往a电极处运动
C．通电后，a电极的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
D．通电后，b电极区周围会出现少量白色沉淀
D [根据海水中离子成分及离子放电顺序知，通电后阳极是氯离子放电，阴极是氢离子放电，电解过程中，海水中阳离子通过B膜进入阴极区，所以B膜是阳离子交换膜(海水中阴离子通过A膜进入阳极区)，b电极(阴极)区周围OH－浓度增大，与镁离子反应生成白色沉淀。]
5．以Fe3＋/Fe2＋作为氧化还原介质，可以在低电位条件下电解HCl制取Cl2，其原理如图所示，下列说法正确的是( )
A．X极上的电势比Y极上的低
B．H＋向Y极迁移，X极周围溶液pH升高
C．X极上发生反应：2H2O＋4e－===4H＋＋O2↑
D．电解总反应为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
A [根据电极上的物质变化，可知X为阴极，Y为阳极。H＋移向X电极，B错误；X极反应为：Fe3＋＋e－===Fe2＋C错误；电解总反应为4HCl＋O2eq \(=====,\s\up7(电解))2Cl2＋2H2O，D错误。]
6．(2020·四川泸州泸县第一中学高三在线理综)微生物燃料电池的研究已成为治理和消除环境污染的重要课题，利用微生物电池电解饱和食盐水的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．电池正极的电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．电极M附近产生黄绿色气体
C．若消耗1 ml S2－，则电路中转移8 ml e－
D．将装置温度升高至60 ℃，一定能提高电池的工作效率
C [微生物燃料电池中，通入C6H12O6的电极为负极，失电子，发生氧化反应；通入O2的电极为正极，得电子，发生还原反应。电解饱和食盐水时阴、阳极分别产生氢气、氯气。A项，由题图可知，电解质溶液呈酸性，正极的电极反应是O2＋4H＋＋4e－===2H2O，错误；B项，M极为阴极，产生H2，N极为阳极，产生Cl2，错误；C项，1 ml S2－转化成SOeq \\al(2－,4)失去8 ml e－，则消耗1 ml S2－电路中转移8 ml e－，正确；D项，该电池为微生物燃料电池，微生物的最佳活性温度未知，无法确定60 ℃时电池效率是否提高，错误。]
7．(2020·湘赣皖联考)用KOH为电解质的循环阳极锌空气二次电池放电时的总反应为2Zn＋O2===2ZnO，工作时，用泵将锌粉与电解液形成的浆料输入电池内部发生反应，反应所生成的产物随浆料流出电池后，被送至电池外部的电解槽中，经还原处理后再送入电池；循环阳极锌­空气二次电池工作流程图如图所示。下列说法错误的是( )
A．放电时， 电池正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
B．放电时， 电解质中会生成少量碳酸盐
C．电池停止工作时，锌粉与电解质溶液不反应
D．充电时，电解槽阴极反应为ZnO＋2e－＋H2O===Zn＋2OH－
C [放电时， 电池正极通入空气中的O2，在碱性溶液中得电子生成OH－，A正确；放电时，正极通入空气中的CO2，会与KOH反应生成少量K2CO3，B正确；电池停止工作时，锌粉仍会与KOH溶液发生缓慢反应，C错误；充电时，电解槽阴极(放电时，Zn转化为ZnO)Zn表面的ZnO得电子，生成Zn和OH－，电极反应式为ZnO＋2e－＋H2O===Zn＋2OH－，D正确。]
8．某科研小组将含硫化氢的工业废气进行了资源化利用，将获得的电能用于制取“84”消毒液。已知：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l) ΔH＝－632 kJ/ml。如图为该小组设计的原理图。下列说法正确的是( )
A．电极a为燃料电池正极
B．电极b上发生的电极反应为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．电路中每流过4 ml电子，电池质子固体电解质膜饱和NaCl溶液内部释放热能小于632 kJ
D．a极每增重32 g，导气管e将收集到气体22.4 L
C [根据图示可知a为负极，b为正极，负极反应为2H2S－4e－===S2＋4H＋，正极为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A、B错误；未指明标准状况，D错误。]
9．(2020·合肥质检)如图所示，U形管内盛有100 mL的溶液，按要求回答下列问题：
(1)断开K2，闭合K1，若所盛溶液为CuSO4溶液，则A极为 极，B极的电极反应式为
。
若所盛溶液为KCl溶液，则B极的电极反应式为
。
(2)断开K1，闭合K2，若所盛溶液为滴有酚酞的足量NaCl溶液，则：
①A电极附近可以观察到的现象是 ，Na＋移向 (填“A”或“B”)极。
②B电极上的电极反应式为 ，
总反应的化学方程式是 。
③反应一段时间后断开K2，若忽略溶液的体积变化和气体的溶解，B极产生气体的体积(标准状况)为11.2 mL，将溶液充分混合，常温下溶液的pH约为 。若要使电解质溶液恢复到原状态，需向U形管内加入或通入一定量的 。
[解析] (1)断开K2，闭合K1时，该装置是原电池，锌作负极，碳作正极，正极上铜离子得电子生成铜，发生还原反应，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；所盛溶液为KCl溶液时发生吸氧腐蚀，正极(B极)的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(2)断开K1，闭合K2，若所盛溶液为滴有酚酞的足量NaCl溶液，该装置是电解池。①碳棒是阳极，锌棒是阴极，电解时，锌棒上氢离子放电生成氢气，同时电极附近生成的氢氧根离子导致溶液呈碱性，加入酚酞溶液后变红；溶液中的Na＋向阴极移动，即向A电极移动；②电解时，阳极B上氯离子放电生成氯气：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极上氢离子放电生成氢气，同时溶液中生成氢氧化钠，所以电池总反应式为2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；③由②可知，B极产生(标准状况)11.2 mL Cl2，生成0.001 ml NaOH。故c(OH－)＝0.01 ml·L－1，c(H＋)＝eq \f(Kw,cOH－)＝eq \f(10－14,0.01) ml·L－1＝10－12 ml·L－1，故pH＝12。两极逸出的气体分别是H2和Cl2，故要使电解质溶液恢复到原状态，需向U形管内通入一定量的HCl气体。
[答案] (1)负 Cu2＋＋2e－===Cu O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)①溶液变红 A ②2Cl－－2e－===Cl2↑ 2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ ③12 HCl
10．1894年，Fentn发现采用Fe2＋和H2O2混合溶液，能产生具有高反应活性和强氧化性的羟基自由基(·OH)，从而氧化降解有机污染物，称为Fentn反应。电­Fentn法采用惰性电极进行电解，如图为其中一个电极的反应机理，其中含有Fentn反应。下列说法错误的是( )
A．羟基自由基(·OH)的电子式为
B．图示转化关系的惰性电极应与外接电源的正极相连
C．Fentn反应：H2O2＋Fe2＋===Fe3＋＋OH－＋·OH
D．该惰性电极每消耗22.4 L O2(标准状况)，理论上在外电路中转移3 ml电子
B [羟基自由基(·OH)的电子式为，A正确；图示转化关系的惰性电极得到了电子，将O2、Fe3＋还原，所以该电极应为阴极，与外接电源的负极相连，B错误；根据图示知，Fe2＋与H2O2作用生成Fe3＋、·OH、OH－，所以Fentn反应为H2O2＋Fe2＋===Fe3＋＋OH－＋·OH，C正确；根据图示可知，阴极上电极反应为O2＋2H＋＋2e－===H2O2、Fe3＋＋e－===Fe2＋、H2O2＋Fe2＋===Fe3＋＋OH－＋·OH，总反应为O2＋2H＋＋3e－===OH－＋·OH，每消耗1 ml O2，理论上在外电路中转移3 ml电子，D正确。]
11．双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－的离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH溶液和盐酸，其工作原理如图所示，M、N为离子交换膜。下列说法正确的是( )
A．将阴极室双极膜左侧的溶液排出，也可获得淡水
B．M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜
C．若去掉双极膜，阳极室会有Cl2生成
D．电路中每转移1 ml电子，两极共得到0.5 ml气体
C [阴极室发生还原反应，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，H＋放电，破坏了水的电离，使溶液的酸碱性发生改变，且阴极室的溶液中必须加入强电解质以增强溶液的导电性，将阴极室双极膜左侧的溶液排出，不能获得淡水，A错误；盐室中的Na＋向阴极移动，离子交换膜M为阳离子交换膜，使Na＋进入阴极室双极膜的右侧，获得NaOH溶液。Cl－向阳极移动，离子交换膜N为阴离子交换膜，使Cl－进入阳极室双极膜的左侧，得到盐酸，B错误；若去掉双极膜，盐室中的Cl－进入阳极室，在阳极放电生成Cl2，C正确；阴、阳极的电极反应分别为2H＋＋2e－===H2↑、4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，电路中每转移1 ml电子，阴极产生0.5 ml H2，阳极产生0.25 ml O2，两极共得到0.75 ml气体，D错误。]
12．(1)在工业上应用电解技术可使(NH4)2SO3吸收液再生而不被氧化，同时得到高浓度SO2，其工作原理如图所示。
气体 (填“a”“b”或“c”)为SO2，离子交换膜为 离子交换膜(填“阳”或“阴”)，阳极的电极反应式为 。
(2)间接电化学法可除NO。其原理如图所示，写出电解池阴极的电极反应式(阴极室溶液呈酸性) 。
[解析] (1)根据题目信息知，电极M区NH4HSO3―→(NH4)2SO3，故电极M为阴极，发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，同时Ⅱ中的NHeq \\al(＋,4)通过阳离子交换膜进入Ⅰ中生成(NH4)2SO3，电极N为阳极，发生反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生的H＋通过阳离子交换膜进入Ⅱ中，发生反应：H＋＋HSOeq \\al(－,3)===SO2↑＋H2O，故气体b为SO2。
(2)根据题图可知，阴极上亚硫酸氢根离子得电子，生成S2Oeq \\al(2－,4)，根据原子守恒，氢离子参与反应生成水，则电极反应式为2HSOeq \\al(－,3)＋2e－＋2H＋===S2Oeq \\al(2－,4)＋2H2O。
[答案] (1)b 阳 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
(2)2HSOeq \\al(－,3)＋2e－＋2H＋===S2Oeq \\al(2－,4)＋2H2O
[教师用书备选]
(2018·全国卷Ⅰ，节选)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为
。
电解后， 室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
[解析] 阳极发生氧化反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极室H＋向a室迁移，a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。
[答案] 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ a