人教版高考化学一轮复习第6章化学反应与能量第3讲电解池金属的腐蚀与防护含答案

课时跟踪练20

一、选择题

1．(2020·北京市房山区第一次模拟)锂—硫电池具有高能量密度、续航能力强等特点。使用新型碳材料复合型硫电极的锂—硫电池工作原理示意图如图，下列说法正确的是(　　)

A．电池放电时，X电极发生还原反应

B．电池充电时，Y电极接电源正极

C．电池放电时，电子由锂电极经有机电解液介质流向硫电极

D．向电解液中添加Li2SO4水溶液，可增强导电性，改善性能

解析：放电时，X电极Li失电子作负极发生氧化反应，故A项错误；放电时，Y为正极，但充电时，正极反应与阳极反应刚好相反，所以电池充电时，Y电极接电源正极，故B项正确；电池放电时，电子从负极锂电极经过负载流向正极硫电极，不经有机电解液介质，故C项错误；向电解液中添加Li2SO4水溶液，活泼金属Li会与Li2SO4水溶液中的水发生氧化还原反应而自耗，即不能长时间、稳定、正常工作，故D项错误。

答案：B

2．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法。如图某是电解污水的实验装置示意图，实验用的污水中主要含有可被吸附的悬浮物(不导电)。下列有关推断明显不合理的是(　　)

A．阴极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－

B．通电过程中烧杯内产生可以吸附悬浮物的Fe(OH)3

C．通电过程中会产生气泡，把悬浮物带到水面形成浮渣而弃去

D．如果实验用的污水导电性不良，可加入少量Na2SO4固体以增强导电性

解析：A项中是阴极H2O电离出的H＋得电子，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。

答案：A

3．(2020·北京市朝阳区模拟)近期科学家报告了一种直接电化学合成H2O2的方法，装置如图所示。下列叙述不正确的是(　　)

A．该装置的工作原理是将化学能转化成电能

B．b极发生的电极反应为O2＋H2O＋2e－===HO＋OH－

C．电池工作时，内部发生反应：HO＋OH－＋2H＋===H2O2＋H2O

D．电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)

解析：该装置是电解池，将电能转化为化学能，故A项错误；b电极为阴极，O2得电子生成HO，电极反应式为O2＋H2O＋2e－=== HO＋OH－，故B项正确；装置中阴极生成HO、OH－，阳极生成H＋，所以电池工作时，内部生成的HO、OH－与H＋反应生成H2O2和H2O，故C项正确；b电极为阴极，电极反应式为O2＋H2O＋2e－===HO＋OH－，电路中通过2 mol电子，消耗1 mol O2，标准状况下的体积为22.4 L，故D项正确。

答案：A

4．将两根铁钉分别缠绕铜丝和铝条，放入如图所示的滴有混合溶液的容器中，下列叙述错误的是(　　)

A．a中铁钉附近呈现蓝色沉淀

B．b中发生吸氧腐蚀

C．b中铁钉附近呈现红色

D．a中铜丝附近有气泡产生

解析：a中形成原电池时，铁钉作负极，电极反应式为Fe－2e－=== Fe2＋，生成的Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，A项正确；b中形成原电池时，铝条作负极，铁钉作正极，发生吸氧腐蚀，B项正确；b中铁钉作正极，正极上发生反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，无Fe3＋生成，故铁钉附近不会出现红色，C项错误；a中铜丝作正极，正极上发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，D项正确。

答案：C

5．(2020·北京市东城区第一次模拟)如图所示装置，两个相同的玻璃管中盛满NaCl稀溶液(滴有酚酞)，a、b为多孔石墨电极。闭合S1一段时间后，a附近溶液逐渐变红；断开S1，闭合S2，电流表指针发生偏转。下列分析不正确的是(　　)

A．闭合S1时，a附近的红色逐渐向下扩散

B．闭合S1时，a附近液面比b附近的低

C．断开S1、闭合S2时，b附近黄绿色变浅

D．断开S1、闭合S2时，a上发生反应：H2－2e－===2H＋

解析：闭合S1为电解池，滴有酚酞a附近溶液逐渐变红，则a极为阴极；水中的H＋放电生成OH－，使溶液变红；电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴离子(OH－)向阳极移动，向下扩散，故A项正确；b极为阳极，Cl－失电子发生氧化反应生成Cl2，根据电子转移守恒，a、b两极生成的H2和Cl2物质的量相等，液面相平，但由于Cl2＋H2OHCl＋HClO，Cl2体积减小，b附近液面升高，所以a附近液面比b附近的低，故B项正确；断开S1，闭合S2时，电流表指针发生偏转构成原电池，b极含有大量Cl2，Cl2得电子发生还原反应生成Cl－：Cl2＋2e－===2Cl－，b附近黄绿色变浅，为原电池的正极，故C项正确；断开S1，闭合S2时，电流表指针发生偏转构成原电池，a极含有大量H2，在a电极上失电子发生氧化反应，为原电池的负极，所以电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，故D项错误。

答案：D

6．(2020·赣湘粤三省六校4月联考)已知：锂—硫电池的总反应为2Li＋xS===Li2Sx。以锂—硫电池为电源，通过电解含(NH4)2SO4的废水制备硫酸和化肥的示意图如图所示(不考虑其他杂质离子的反应)。下列说法正确的是(　　)

A．b为电源的正极

B．每消耗32 g硫，理论上导线中一定通过2 mol e－

C．N室的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

D．SO通过阴膜由原料室移向M室

解析：结合题干信息，由图可知M室会生成硫酸，说明OH－放电，电极为阳极，则a为正极，b为负极，据此分析解答。根据上述分析，b为电源负极，A项错误；根据电池的总反应为2Li＋xS===Li2Sx，则通过2 mol e－需要消耗32x g硫，B项错误；N室为阴极，氢离子放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C项错误；M室生成硫酸，为阳极，电解池中阴离子向阳极移动，原料室中的SO通过阴膜移向M室，D项正确。

答案：D

7．某模拟“人工树叶”的电化学实验装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是(　　)

A．该装置工作时，H＋从a极区向b极区迁移

B．该装置将化学能转化为光能和电能

C．a电极的反应式为3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O

D．每生成3 mol O2，有88 g CO2被还原

解析：a与电源负极相连，所以a是阴极，而电解池中氢离子向阴极移动，所以H＋从阳极b极区向阴极a极区迁移，故A项错误；该装置是电解池装置，是将电能转化为化学能，所以该装置将光能和电能转化为化学能，故B项错误；a与电源负极相连，所以a是阴极，二氧化碳得电子发生还原反应生成C3H8O，电极反应式为3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，故C项错误；电池总的方程式为6CO2＋8H2O2C3H8O＋9O2，即生成9 mol的氧气，阴极有6 mol的二氧化碳被还原，也就是每生成3 mol O2，阴极有2 mol的二氧化碳被还原，所以被还原的二氧化碳为88 g，故D项正确。

答案：D

8．(2020·广东六校联盟第二次联考)环戊二烯可用于制备二茂铁，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。下列说法错误的是(　　)

A．制备二茂铁总反应为Fe＋2===＋H2↑

B．电解制备需要在无水条件下进行

C．Ni电极与电源负极连接

D．阳极电极反应为2Br－－2e－===Br2

解析：根据题图可知，钠离子在阴极放电生成钠单质，钠单质和环戊二烯反应生成氢气，之后再与亚铁离子反应生成目标产物。据此分析解答。由上述分析可知，钠离子仅为中间产物，故总反应为Fe＋2===＋H2↑，故A项正确；中间产物Na可与水发生反应，所以需要在无水条件下进行，故B项正确；根据转化关系可知，反应过程中需要获得亚铁离子，故Fe电极为阳极，与电源正极连接，Ni电极为阴极，与电源负极连接，故C项正确；Fe电极为阳极，阳极电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，故D项错误。

答案：D

9．一种三电极电解水制氢的装置如图，三电极为催化电极a、催化电极b和Ni(OH)2电极。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。下列说法错误的是(　　)

A．制O2时，电子由Ni(OH)2电极通过外电路流向催化电极b

B．制H2时，阳极的电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－=== NiOOH＋H2O

C．催化电极b上，OH－发生氧化反应生成O2

D．该装置可在无隔膜的条件下制备高纯氢气

解析：制O2时，催化电极b中，水失电子生成O2，作阳极，电子由催化电极b通过外电路流向Ni(OH)2电极，A项错误；制H2时，催化电极a为阴极，阳极Ni(OH)2在碱性溶液中失电子生成NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，B项正确；催化电极b上，水电离产生的OH－失电子，发生氧化反应生成O2，C项正确；该装置中，电解质只有水，所以可在无隔膜的条件下制备高纯氢气，D项正确。

答案：A

10．某化学学习小组学习电化学后，设计了下面的实验装置图，则下列有关该装置图的说法正确的是(　　)

A．合上电键后，盐桥中的阳离子向甲池移动

B．合上电键后，丙池为电镀银的电镀池

C．合上电键后一段时间，丙池中溶液的pH增大

D．当丁池中生成标准状况下1 120 mL Cl2气体时，丁池中理论上最多产生2.9 g固体

解析：甲池与乙池及盐桥构成了原电池，锌为负极，失电子生成锌离子进入甲池，盐桥中阳离子向乙池移动，故A项错误；电镀银时，银应该作阳极，但丙池中银为阴极，故B项错误；丙池在电解过程中，不断生成H＋，溶液的pH减小，故C项错误；丁池电解氯化镁溶液生成氯气、氢气和Mg(OH)2沉淀，根据反应过程中的电子得失守恒可得物质的量关系式：Cl2～Mg(OH)2，丁池中生成标准状况下1 120 mL Cl2气体时，可得Mg(OH)2的物质的量为＝0.05 mol，质量为0.05 mol×58 g·mol－1＝2.9 g，故D项正确。

答案：D

二、非选择题

11．电解原理在化学工业中有着广泛的应用，请结合电解原理，回答下列问题：

(1)电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)，电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是________________________________

____________________________________________________。

图1

(2)利用如图2所示装置电解制备NCl3(氯的化合价为＋1价)，其原理是NH4Cl＋2HClNCl3＋3H2↑，b接电源的____________极(填“正”或“负”)，阳极反应式是____________________________。

图2

解析：(1)根据电解总反应：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，结合阳极发生氧化反应知，阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－=== FeO＋4H2O，结合阴极发生还原反应知，阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则阳极室消耗OH－且无补充，故c(OH－)降低。结合题给信息“Na2FeO4易被氢气还原”知，阴极产生的氢气不能接触Na2FeO4，故需及时排出。(2)b电极，H＋得电子生成H2，发生还原反应，所以b电极为阴极，连接电源的负极。阳极反应物为NH4Cl，生成物为NCl3，题目中给出氯的化合价为＋1价，所以氯失电子，化合价升高，氮、氢化合价不变，然后根据电荷守恒配平方程式，则阳极反应式是3Cl－－6e－＋NH===NCl3＋4H＋。

答案：(1)阳极室　防止Na2FeO4与H2反应使产率降低　(2)负　3Cl－－6e－＋NH===NCl3＋4H＋

12．化学电源在日常生活和工业生产中有着重要的应用。请按要求回答相关问题。

Ⅰ.如图1所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。

图1

(1)甲烷燃料电池负极反应式是___________________________。

(2)石墨(C)极的电极反应式为__________________________。

(3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成的气体体积为________L；丙装置中阴极析出铜的质量为________g，一段时间后烧杯中c(Cu2＋)________(填“增大”“减小”或“不变”)。

Ⅱ.“长征”火箭发射使用的燃料是液态偏二甲肼(C2H8N2)，并使用四氧化二氮作为氧化剂，这种组合的两大优点是既能在短时间内产生巨大能量将火箭送上太空，产物又不污染空气(产物都是空气成分)。某校外研究性学习小组拟将此原理设计为原电池，如图2所示。

图2

(4)从a口加入________(填名称)。H＋移动方向是________(填“A到B”或“B到A”)。

(5)A极发生的电极反应式：____________________________

_______________________________________________________

______________________________________________________。

(6)若以该电池为电源用石墨作电极电解200 mL 0.5 mol·L－1的CuSO4溶液，电解一段时间后，两极收集到相同体积(相同条件)的气体，则整个电解过程转移的电子的数目是________。

解析：Ⅰ.甲为燃料电池，甲烷通入一极为负极，氧气通入一极为正极；乙为电解池，Fe为阴极，C为阳极，实质为电解饱和食盐水；丙为电解池，粗铜为阳极，精铜为阴极，实质为电解精炼铜。(1)甲烷燃料电池负极为CH4，失去电子后结合OH－生成CO，其反应式是CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。(2)乙为电解池，Fe为阴极，C为阳极，实质为电解饱和食盐水，故石墨(C)极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。(3)标准状况下，2.24 L氧气的物质的量为0.1 mol，参与反应转移电子的物质的量为0.4 mol；乙装置中铁电极为阴极，阳离子放电：2H＋＋2e－===H2，则放出氢气0.2 mol，标准状况下体积为4.48 L；丙装置中阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，则析出铜0.2 mol，即为12.8 g。一段时间后烧杯中c(Cu2＋)会减小。Ⅱ.(4)外电路中电子由A电极流向B电极，由电子转移方向可知A为负极，B为正极，根据原电池原理，还原剂在负极上失去电子发生氧化反应，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，则从a口通入偏二甲肼；内电路一般是阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以H＋移动方向是A到B。(5)A为负极，还原剂在负极上失去电子发生氧化反应，又已知产物中气体均为空气组分，所以A极发生的电极反应式：C2H8N2－16e－＋4H2O===2CO2↑＋N2↑＋16H＋。(6)两极收集到相同体积(相同条件)的气体，则阴极除了：Cu2＋＋2e－===Cu，还应有2H＋＋2e－===H2↑，阳极的电极反应式：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，设生成n(O2)＝n(H2)＝x，因为n(Cu2＋)＝0.5 mol·L－1×0.2 L＝0.1 mol，由得失电子守恒0.1×2＋2x＝4x，x＝0.1 mol，所以n(O2)＝n(H2)＝0.1 mol，则整个电解过程转移的电子的数目是0.1 mol×4＝0.4 mol，即0.4NA。

答案：Ⅰ.(1)CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O　(2)2Cl－－2e－=== Cl2↑　(3)4.48　12.8　减小

Ⅱ.(4)偏二甲肼　A到B　(5)C2H8N2－16e－＋4H2O===2CO2↑＋N2↑＋16H＋　(6)0.4NA(或2.408×1023)