2024届高考化学一轮复习课件 第六章 化学反应与能量 第3讲 电解池 金属的腐蚀与防护

第3讲　电解池　金属的腐蚀与防护

(40分钟)

选题表

1.考古中出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有铜锈覆盖在其表面。铜锈的成分非常复杂,主要成分有CO3和Cu2(OH)3Cl。考古学家将铜锈分为无害锈和有害锈,结构如图所示。

下列说法正确的是(　B　)

A.锡青铜中的锡加速了铜的腐蚀速度

B.锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快

C.Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl分别属于有害锈和无害锈

D.生成Cu2(OH)2CO3是电化学腐蚀过程,生成Cu2(OH)3Cl是化学腐蚀

过程

解析:锡青铜中的锡比铜活泼,所以形成原电池时,锡作负极,则铜被保护,故A不符合题意;在潮湿环境中,锡青铜易形成原电池而发生电化学腐蚀,所以在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快,故B符合题意;

CO3为致密结构,可以阻止潮湿空气进入内部进一步腐蚀铜,属于无害锈,Cu2(OH)3Cl为疏松结构,潮湿空气可以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀,属于有害锈,故C不符合题意;生成Cu2(OH)3Cl主要是电化学腐蚀过程,生成Cu2(OH)2CO3主要是化学腐蚀过程,故D不符合题意。

2.某研究小组在探究电化学原理时,如图将盐桥换成n型弯铁丝,当接通直流电源后,石墨①附近溶液变红。下列判断或预测错误的是(　C　)

A.A为电源的负极

B.铁丝左端③附近出现灰绿色沉淀

C.电子移动方向为A→石墨①→铁丝→石墨②→B

D.石墨②电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑

解析:盐桥换成n型弯铁丝,当接通直流电源后,石墨①附近溶液变红,说明石墨①是阴极,A为负极,B为正极,石墨②为阳极,故A正确;铁丝左端③为阳极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,Fe2+与阴极产生的OH-结合生成Fe(OH)2,很快被氧化呈灰绿色,铁丝左端③附近出现灰绿色沉淀,故B正确;电子不能在溶液中移动,故C错误。

3.用压强传感器探究生铁在pH=2和pH=4的醋酸溶液中发生腐蚀的装置及得到的图像如下,分析图像,以下结论错误的是(　C　)

A.溶液pH≤2时,生铁发生析氢腐蚀

B.生铁的腐蚀中电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍

C.在酸性溶液中生铁不可能发生吸氧腐蚀

D.两溶液中负极反应均为Fe-2e-Fe2+

解析:根据pH=2的溶液中压强与时间的关系知,压强随着反应的进行而逐渐增大,说明该装置发生析氢腐蚀,故A正确;pH=4的醋酸溶液中压强随着反应的进行而逐渐减小,说明发生吸氧腐蚀,pH=4的醋酸溶液呈酸性,所以在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀,故C错误。

4.某课外小组同学为探究氨氮废水的处理方法,以 0.005 mol/L (NH4)2SO4溶液模拟氨氮废水,设计了以下实验。

下列有关叙述正确的是(　B　)

A.步骤①由于氨氮浓度未显著变化,装置未发生电解反应

B.步骤②中的氨氮浓度降低是由于生成的氯气氧化了N

C.氨氮浓度降低时溶液酸性减弱

D.湿润有色布条褪色是由于Cl2的漂白性

解析:步骤①虽然氨氮浓度未显著变化,但有电解质溶液,所以电解了水,A错误;步骤②阳极产生使有色布条褪色的气体,应为氯气,同时测得氨氮浓度降低,说明氯气和N发生了反应,B正确;电解生成氯气的同时阴极H+放电,而氯气与N反应生成H+,2N+3Cl2N2+6Cl-+

8H+,消耗3 mol氯气,生成 8 mol H+,而生成 3 mol氯气的同时有3 mol氢气生成,即同时消耗了6 mol H+,最终还能剩余2 mol H+,因此溶液酸性增强,C错误。

5.(2022·山东威海二模)工业上用石墨和铅作电极,用双极膜电解葡萄糖溶液制备甘露醇和葡萄糖酸盐。已知在直流电场作用下,双极膜将水解离为H+和OH-并实现其定向通过,电解过程如图所示。下列说法错误的是(　C　)

A.b极材料为石墨,接电源正极

B.通电后双极膜中产生的OH-向b极定向移动

C.生成葡萄糖酸盐的反应为+Br+OH-HOCH2(CHOH)4COO-+Br-+H2O

D.理论上若生成1 mol甘露醇,则可生成1 mol葡萄糖酸盐

解析:根据b电极上溴离子失去电子生成溴酸根离子可知b为阳极,电极反应为Br-+3H2O-6e-Br+6H+,在阳极区溴酸根离子和葡萄糖反应生成葡萄糖酸盐和溴离子,离子反应为 3+Br+

3OH-3HOCH2(CHOH)4COO-+Br-+3H2O,1 mol溴酸根离子生成溴离子转移电子数为6 mol,故1 mol葡萄糖生成葡萄糖酸盐转移电子数为

2 mol,双极膜中产生的OH-向b电极移动,故C错误。

6.(不定项)某实验室用新型二次电池模拟工业上制备Mn和MnO2的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　D　)

A.a电极的电极反应为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O

B.装置工作时,c、d两个电极的质量都增加

C.c电极反应为Mn2++2e-Mn

D.d电极附近溶液的pH增大

解析:根据示意图可知b为负极,a为正极,c为阴极,d为阳极。c、d的电极反应分别为Mn2++2e-Mn、Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+。d电极附近溶液中c(H+)增大,pH减小,D错误。

7.(不定项)疫情防控中要对环境进行彻底消毒,二氧化氯(ClO2,黄绿色、易溶于水的气体)是一种安全稳定、高效低毒的消毒剂。工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法制备ClO2的原理如图所示。下列说法不正确的是(　AC　)

A.c为电源的正极,在b极区流出的Y溶液是浓盐酸

B.电解池a极上发生的电极反应式为N-6e-+3Cl-NCl3+4H+

C.二氧化氯发生器内,发生的氧化还原反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为6∶1

D.当有0.3 mol阴离子通过离子交换膜时,二氧化氯发生器中产生标准状况下1.12 L NH3

解析:由图可知,右侧装置为电解池,a极为电解池的阳极,Cl-在阳极失去电子发生氧化反应生成NCl3,电极反应式为N-6e-+3Cl-NCl3+4H+,b为电解池阴极,氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成H2,电极反应式为2H++2e-H2↑,在b极区流出的Y溶液是稀盐酸,则c为直流电源的正极,d为负极;a极生成的NCl3进入左侧的二氧化氯发生器中与 NaClO2发生氧化还原反应3H2O+NCl3+6NaClO26ClO2↑+

NH3↑+3NaCl+3NaOH。

8.(不定项)(2022·山东泰安三模)1,5戊二胺()是生物法制备尼龙材料的重要原料,利用双极膜(BPM)电渗析产碱技术可将生物发酵液中的1,5戊二胺硫酸盐(含和S)转换为1,5戊二胺,实现无害化提取,工作原理如图所示。下列说法错误的是(　D　)

A.a极的电势比b极的低

B.m膜为阳离子交换膜,n膜为阴离子交换膜

C.电解过程中,H2SO4极室溶液的pH逐渐减小

D.b极区每生成11.2 L气体(标准状况),理论上可生成2 mol 1,5戊二胺

解析:根据题意,将生物发酵液中的1,5戊二胺硫酸盐转换为1,5戊二胺,实现无害化提取,则生物发酵液中S应通过n膜进入H2SO4溶液,应通过m膜进入产品室,与BPM表面产生的OH-反应生成水和产品。阳离子向a极移动,a极是阴极,则b极是阳极,故a极的电势比b极的低,A正确;b极区是阳极区,电渗析过程生成O2,每生成11.2 L气体(标准状况),转移电子为×4=

2 mol,而1 mol 生成转移2 mol电子,故理论上可生成1 mol 1,5戊二胺,D错误。

9.“双碳”战略倡导绿色、环保、低碳的生活方式。

(1)科学家利用CO2、水合成环氧乙烷,有利于实现碳中和,总反应为2CO2+2H2O+2.5O2,该过程在两个独立的电解槽中实现,装置如图一所示,在电解槽2中利用氯离子介导制备环氧乙烷,内部结构如图二所示。

①电解槽1中阴极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。 

②图二虚线框中发生的反应为C2H4+HOClHOCH2CH2Cl、

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　、H++OH-H2O、2CO2+12H++12e-C2H4+4H2O。 

(2)我国化学工作者设计出一种电解装置,该装置在碱性条件下能将CO2和甘油(C3H8O3)分别转化为合成气(CO、H2)和甘油醛(C3H6O3)。电解过程中,阴极附近溶液的pH　　　　(填“增大”“减小”或“不变”),阳极的电极反应式为　                              　。 

解析:(1)①电解槽1中阴极区CO2得电子被还原为C2H4,电极反应式为2CO2+12H++12e-C2H4+4H2O;②HOCH2CH2Cl在碱性条件下脱去HCl,虚线框内发生的反应还有HOCH2CH2Cl+OH-+H2O+Cl-。

(2)电解时阴极的电极反应式为CO2+H2O+2e-CO+2OH-,OH-浓度增大,则pH增大;阳极为甘油失去电子生成甘油醛,电极反应式为C3H8O3-

2e-+2OH-C3H6O3+2H2O。

答案:(1)①2CO2+12H++12e-C2H4+4H2O

②HOCH2CH2Cl+OH-+H2O+Cl-

(2)增大　C3H8O3-2e-+2OH-C3H6O3+2H2O

10.(不定项)酸性条件下,Na2CrO4可转化为Na2Cr2O7,利用膜电解的三室电解法制备Na2Cr2O7的装置示意图如图,a为阳离子交换膜,b为质子交换膜。下列说法错误的是(　AD　)

A.电解一段时间之后,Ⅰ 室溶液的pH变大,Ⅲ 室溶液的pH变小

B.Ⅱ 室发生的反应为2Cr+2H+Cr2+H2O,当阴极产生1 mol H2时,Ⅱ 室溶液质量减轻44 g

C.若a改为阴离子交换膜,工作结束后,将Ⅱ 室溶液蒸发浓缩、趁热过滤可得Na2SO4晶体,将滤液冷却结晶,可析出Na2Cr2O7·2H2O

D.该装置的反应总方程式为2Na2CrO4+2H2ONa2Cr2O7+2H2↑+O2↑

解析:Ⅲ 室中NaOH的物质的量不变,但由于OH-放电,H+迁移至 Ⅱ 室,溶剂水少了,所以NaOH溶液的浓度变大了,pH变大,故A错误;由题目可知酸性条件下,Na2CrO4可转化为Na2Cr2O7,即2Cr+2H+Cr2+

H2O,当阴极产生1 mol H2时,电路中转移2 mol电子,电流处处相等,所以有2 mol H+穿过质子交换膜进入 Ⅱ 室,有2 mol Na+穿过阳离子交换膜从 Ⅱ 室迁出,2 mol H+的质量是2 g,2 mol Na+的质量是46 g,所以 Ⅱ 室溶液质量减轻44 g,故B正确;若a改为阴离子交换膜,电解时,左侧阴极发生反应2H++2e-H2↑,所以为了平衡 Ⅰ 室中电荷,S穿过阴离子交换膜进入 Ⅱ 室,电解结束后,Ⅱ 室溶液为Na2SO4和Na2Cr2O7的混合溶液,根据题中溶质溶解度与温度的关系图像,得知温度越高,Na2SO4的溶解度越低,所以蒸发浓缩、趁热过滤,可得到Na2SO4晶体,由于Na2Cr2O7·2H2O溶解度随温度升高明显增大,所以将滤液冷却结晶,可析出Na2Cr2O7·2H2O,故C正确;该装置发生的反应为阴极上4H++4e-2H2↑①

阳极上4OH--4e-O2↑+2H2O②

Ⅱ 室中4Cr+4H+2Cr2+2H2O③

①+②+③可得总反应为4Cr+4H+2Cr2+2H2↑+O2↑,故D错误。