2024届高考化学一轮总复习课时跟踪练21电解池与金属的电化学腐蚀

这是一份2024届高考化学一轮总复习课时跟踪练21电解池与金属的电化学腐蚀，共11页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
课时跟踪练21
一、选择题
1.(2022·东莞中学松山湖学校月考)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是(　　)

A．阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B．金属M的活动性比Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
解析：根据图示可知，金属M失电子，为原电池的负极(图示为阳极)，钢铁设施为原电池的正极(图示为阴极)，此金属防护方法属于牺牲阳极法。该装置中阴极发生还原反应，A项错误；金属M被氧化，即金属活动性：M>Fe，B项错误；钢铁设施为原电池的正极，表面因积累大量电子而被保护，C项正确；海水中含有大量的NaCl等电解质，而河水中电解质较少，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，D项错误。
答案：C
2．(2022·茂名一中月考)沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。下列叙述错误的是(　　)

A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
解析：海水中存在大量的Cl－，在阳极Cl－放电生成Cl2，A项正确；在阴极H2O放电生成H2和OH－，OH－与Cl2反应生成ClO－，因此管道中存在一定量的NaClO，B项正确；因为H2为可燃性气体，所以阴极生成的H2应及时通风稀释，安全地排入大气，C项正确；阴极产生OH－，因此会在阴极表面形成Mg(OH)2等积垢，需定期清理以保持良好的导电性，D项错误。
答案：D
3.(2022·普宁华侨中学月考)Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H＋浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．电解时只允许H＋通过离子交换膜
B．生成O2和H2的质量比为8∶1
C．电解一段时间后阴极区溶液OH－的浓度增大
D．CrO3的生成反应为Cr2O＋2H＋===2CrO3＋H2O
解析：根据左侧电极上生成O2，右侧电极上生成H2知，左侧电极为阳极，发生反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，右侧电极为阴极，发生反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑；由题意知，左室中Na2Cr2O7随着H＋浓度增大转化为CrO3：Cr2O＋2H＋===2CrO3＋H2O，因此阳极生成的H＋不能通过离子交换膜。由以上分析知，电解时通过离子交换膜的是Na＋，A项错误；根据各电极上转移电子数相同，由阳极反应和阴极反应知，生成O2和H2的物质的量之比为1∶2，其质量比为8∶1，B项正确；根据阴极反应知，电解一段时间后阴极区溶液OH－的浓度增大，C项正确；电解过程中阳极区H＋的浓度增大，Na2Cr2O7转化为CrO3：Cr2O＋2H＋===2CrO3＋H2O，D项正确。
答案：A
4.(2022·湛江一中月考)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(　　)

A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B．生成1 mol Co，Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变
D．电解总反应：2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋
解析：石墨电极为阳极，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，H＋通过阳离子交换膜由Ⅰ室进入Ⅱ室，右侧Co电极为阴极，电极反应为Co2＋＋2e－===Co，Cl－通过阴离子交换膜由Ⅲ室进入Ⅱ室，与H＋结合生成盐酸。由上述分析知，Ⅰ室中水放电使硫酸浓度增大，Ⅱ室中生成盐酸，故Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均减小，A项错误；生成1 mol Co时，转移2 mol电子，Ⅰ室有0.5 mol O2(即16 g)逸出，有2 mol(即2 g)H＋通过阳离子交换膜进入Ⅱ室，则Ⅰ室溶液质量理论上减少18 g，B项错误；移除两交换膜后，石墨电极上的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，C项错误；根据上述分析可知，电解时生成了O2、Co、H＋，则电解总反应为2Co2＋＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋，D项正确。
答案：D
5．(2022·揭阳一中月考)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(　　)

A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B．阳极上的反应式为＋2H＋＋2e－―→＋H2O
C．制得2 mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 mol电子
D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移
解析：由题图可知，在铅电极乙二酸变成乙醛酸是去氧的过程，发生还原反应，则铅电极是电解装置的阴极，石墨电极发生氧化反应，电极反应为2Br－－2e－===Br2，是电解装置的阳极。由上述分析可知，Br－参与了电极反应，不只起电解质的作用，A项错误；阳极上的反应式为2Br－－2e－===Br2，B项错误；制得2 mol乙醛酸，实际上是左、右两侧各制得1 mol乙醛酸，共转移2 mol电子，故理论上外电路中迁移的电子的物质的量为2 mol，C项错误；电解装置中，阳离子移向阴极(即铅电极)，D项正确。
答案：D
6．(2022·佛山四中月考)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是(　　)

A．Ag为阳极
B．Ag＋由银电极向变色层迁移
C．W元素的化合价升高
D．总反应为WO3＋xAg===AgxWO3
解析：根据题图可知，该装置为电解池，由通电时Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3可知，Ag为该电解池的阳极，透明导电层为该电解池的阴极，结合题给信息可写出阳极和阴极的电极反应式分别为Ag－e－===Ag＋和xAg＋＋WO3＋xe－===AgxWO3。根据上述分析可知，Ag为阳极，A项正确；电解池工作时，Ag＋向阴极移动，即Ag＋由银电极向变色层迁移，B项正确；结合上述分析可知，WO3在阴极发生还原反应，即W元素的化合价降低，C项错误；结合阳极和阴极的电极反应式可写出总反应为WO3＋xAg===AgxWO3，D项正确。
答案：C
7．(2022·台山华侨中学月考)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R—R(烷烃)。下列说法不正确的是(　　)
A．电解总反应方程式：2RCOONa＋2H2OR—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOH
B．RCOO－在阳极放电，发生氧化反应
C．阴极的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
解析：CO2可与NaOH反应，故电解后不能得到CO2，A项错误；阳极发生失电子的氧化反应，B项正确；阴极得电子，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C项正确；根据电解RCOONa的NaOH溶液生成R—R可知，电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH的混合溶液，CH3—、CH3CH2—可结合成乙烷、丙烷、丁烷，D项正确。
答案：A
8.(2022·中山大学附属中学月考)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备H2O2的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是(　　)

A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
解析：结合题图可知，a极上产生O2，发生的反应为水被氧化生成O2的反应，即a极为阳极，b极为阴极，电极反应如表：
电极名称
电极反应
a极(阳极)
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
b极(阴极)
2H＋＋O2＋2e－===H2O2
由阴、阳极的电极反应可知，电解一段时间后，b极消耗O2的量是a极生成O2的量的2倍，即a极生成的O2与b极反应的O2的量不相等，D项错误。
答案：D
9．(2022·南沙一中月考)利用原电池原理，在室温下从含低浓度铜的酸性废水中回收铜的实验装置如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．X、Y依次为阳离子、阴离子选择性交换膜
B．负极的电极反应式：BH＋8OH－－8e－===B(OH)＋4H2O
C．2室流出的溶液中溶质为Na2SO4和K2SO4
D．电路中每转移1 mol电子，电极2上有32 g Cu析出
解析：由题图可知，电极1为负极，电极2为正极，1室中Na＋、K＋透过X膜向2室迁移，3室中SO透过Y膜向2室迁移，故X、Y依次为阳离子、阴离子选择性交换膜，2室流出的溶液为Na2SO4溶液和K2SO4溶液，A、C项正确；在原电池中负极发生氧化反应，B项正确；正极发生还原反应，H＋和Cu2＋被还原，当转移1 mol电子时，析出的Cu少于32 g，D项错误。
答案：D
10．(2022·佛山三水实验中学月考)某电池研究员使用锂—磺酰氯(LiSO2Cl2)电池作为电源电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如图所示。已知电池反应为2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑。下列说法错误的是(　　)

A．电池中C电极的电极反应式为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑
B．电池的e极连接电解池的h极
C．膜a是阳离子交换膜，膜c是阴离子交换膜
D．电解池中不锈钢电极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
解析：在锂—磺酰氯电池中，Li为负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，C为正极，电极反应式为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑；在电解池中，不锈钢为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，镍为阳极，电极反应式为Ni－2e－===Ni2＋。由已知电池反应可知C电极为正极，发生还原反应，电极反应式为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑，A项正确；由题目信息可知镍应作电解池的阳极，与外接电源的正极相连，不锈钢作电解池的阴极，与外接电源的负极相连，故电池的e极连接电解池的h极，B项正确；Ⅱ室为产品室，故阳极上Ni失去电子生成的Ni2＋通过膜a进入产品室，Ⅲ室中的H2PO通过膜b进入产品室，与Ni2＋形成Ni(H2PO2)2，故膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜，膜c应为阳离子交换膜，以防Ⅳ室的OH－通过膜c进入Ⅲ室与NaH2PO2反应消耗原料，同时Na＋通过膜c进入Ⅳ室可制备浓氢氧化钠溶液，C项错误；由上述分析可知，D项正确。
答案：C
二、非选择题
11．(2022·东莞五中月考)某小组同学利用如图所示装置进行铁的电化学腐蚀原理的探究实验：

装置
分别进行的操作
现象

ⅰ.连好装置一段时间后，向烧杯中滴加酚酞

ⅱ.连好装置一段时间后，向烧杯中滴加K3[Fe(CN)6]溶液
铁片表面产生蓝色沉淀
(1)小组同学认为以上两种检验方法，均能证明铁发生了吸氧腐蚀。
①实验ⅰ中的现象是_____________________________________________________。
②用电极反应式解释实验ⅰ中的现象：_____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)查阅资料：K3[Fe(CN)6]具有氧化性。
①据此有同学认为仅通过ⅱ中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀，理由是__________
________________________________________________________________________。
②进行下列实验，在实验几分钟后的记录如下：

实验
滴管
试管
现象

0.5 mol·L－1 K3[Fe(CN)6]溶液
ⅲ.蒸馏水
无明显变化
ⅳ.1.0 mol·L－1 NaCl溶液
铁片表面产生大量蓝色沉淀
ⅴ.0.5 mol·L－1 Na2SO4溶液
无明显变化
以上实验表明：在有Cl－存在条件下，K3[Fe(CN)6]溶液可以与铁片发生反应。为探究Cl－的存在对反应的影响，小组同学将铁片酸洗(用稀硫酸浸泡后洗净)后再进行实验ⅲ，发现铁片表面产生蓝色沉淀。此补充实验表明Cl－的作用是______________________________
________________________________________________________________________。
(3)有同学认为上述实验仍不够严谨。为进一步探究K3[Fe(CN)6]的氧化性对实验ⅱ结果的影响，又利用(2)中装置继续实验。其中能证实以上影响确实存在的是________(填字母)。
实验
试剂
现象
A
酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]溶液(已除O2)
产生蓝色沉淀
B
酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(未除O2)
产生蓝色沉淀
C
铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(已除O2)
产生蓝色沉淀
D
铁片、K3[Fe(CN)6]和盐酸混合溶液(已除O2)
产生蓝色沉淀
(4)综合以上实验分析，利用实验ⅱ中试剂能证实铁发生了电化学腐蚀的实验方案：连好装置一段时间后，__________________________________________________________
________________________________________________________________________
(回答相关操作、现象)，则说明负极附近溶液中产生了Fe2＋，即发生了电化学腐蚀。
解析：(1)①实验ⅰ中，发生吸氧腐蚀，炭棒为正极，发生O2得电子生成OH－的反应，从而使炭棒附近溶液变红。②在炭棒上，O2得电子生成OH－，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。(2)①有同学认为仅通过ⅱ中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀，理由是既然K3[Fe(CN)6]具有氧化性，就有可能发生K3[Fe(CN)6]与Fe的直接作用。②用稀硫酸酸洗后，铁片表面的氧化膜被破坏，再进行实验ⅲ，铁片表面产生蓝色沉淀，则Cl－的作用与硫酸相同，也是破坏铁表面的氧化膜。(3)已除O2的铁片不能发生吸氧腐蚀，只能发生铁片、K3[Fe(CN)6]溶液的反应，从而表明K3[Fe(CN)6]能与铁作用生成Fe2＋，A符合题意；酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(未除O2)，同时满足两个反应发生的条件，既可能是K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2＋，也可能是铁片发生了吸氧腐蚀，B不合题意；铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(已除O2)，不能发生吸氧腐蚀，只能是Cl－破坏氧化膜，然后K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2＋，C符合题意；铁片、K3[Fe(CN)6]和盐酸混合溶液(已除O2)反应产生蓝色沉淀，可能是铁片与盐酸直接反应生成Fe2＋，也可能是K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2＋，D不合题意。(4)为证实铁发生了电化学腐蚀，可连好装置一段时间后，取Fe电极附近的溶液，放在另一仪器中，加入K3[Fe(CN)6]溶液，进行Fe2＋的检验。
答案：(1)①炭棒附近溶液变红　②O2＋4e－＋2H2O===4OH－　(2)①K3[Fe(CN)6]可能氧化Fe生成Fe2＋，会干扰由于电化学腐蚀负极生成Fe2＋的检验　②Cl－破坏了铁片表面的氧化膜　(3)AC　(4)取铁片(负极)附近溶液于试管中，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，若出现蓝色沉淀
12．(2022·广州协和中学月考)以NaCl为主要成分的融雪剂会腐蚀桥梁、铁轨等钢铁设备。某研究小组探究NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响。
(1)将滤纸用3.5%的NaCl溶液润湿，涂上铁粉、炭粉的混合物，贴在表面皿上。在滤纸上加几滴检验试剂，再缓慢加入NaCl溶液至没过滤纸，操作如图1所示：

①实验ⅰ的现象说明，得电子的物质是________________________________________。
②炭粉的作用是____________________________________________________________。
③为了说明NaCl的作用，需要补充的对照实验是______________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

(2)向如图2所示装置的烧杯a、b中各加入30 mL 3.5%的NaCl溶液，闭合K，指针未发生偏转。加热烧杯a，指针向右偏转。
①取a、b中溶液少量，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，a中出现蓝色沉淀，b中无变化，b中铁片作________极。
②加热后，指针发生偏转的原因可能是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)用(2)中图示装置探究不同浓度NaCl溶液对钢铁腐蚀的影响，向烧杯a、b中各加入30 mL不同质量分数的NaCl溶液，实验记录如下表所示。
实验
a
b
指针偏转方向
Ⅰ
0.1%
0.01%
向右
Ⅱ
0.1%
3.5%
向左
Ⅲ
3.5%
饱和溶液
向右
①Ⅱ中，b中电极发生的电极反应式是___________________________________。
②Ⅲ中，铁在饱和NaCl溶液中不易被腐蚀。查阅资料可知：在饱和NaCl溶液中O2浓度较低，钢铁不易被腐蚀。设计实验证明：________________________________________。
(4)根据上述实验，对钢铁腐蚀有影响的因素是________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)①铁粉、炭粉以氯化钠溶液为电解质形成原电池，酚酞变红说明生成氢氧根离子，发生吸氧腐蚀，故得电子的物质是O2。②铁粉、炭粉以氯化钠溶液为电解质形成原电池，铁作原电池负极，炭作正极。③为了说明NaCl的作用，需要补充的对照实验是，用水作电解质，代替氯化钠进行上述实验。(2)①K3[Fe(CN)6]溶液与二价铁离子反应生成蓝色沉淀，而取a、b中溶液少量，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，a中出现蓝色沉淀，说明a中生成二价铁离子，b中无变化，b中没有二价铁离子生成，所以a作负极，b作正极。②加热后，指针发生偏转的原因可能是温度升高，Fe还原性增强，反应速率增大。(3)①依据题表中Ⅱ组数据及指针向左偏转，则可知：b极为负极，失去电子发生氧化反应，电极反应式：Fe－2e－===
Fe2＋。②要证明氧气浓度对金属腐蚀速率的影响，可以设计对比实验如下：另取两个烧杯，分别往其中加入铁片和一定量的饱和NaCl溶液，再分别滴加几滴K3[Fe(CN)6]溶液，然后往其中一个烧杯中通入O2，观察现象。(4)通过上述实验可知，对钢铁腐蚀有影响的因素是温度、NaCl溶液的浓度、O2的浓度。
答案：(1)①O2　②与铁组成原电池，作原电池的正极
③用水代替NaCl溶液进行上述实验
(2)①正　②温度升高，Fe还原性增强，反应速率增大
(3)①Fe－2e－===Fe2＋　②另取两个烧杯，分别往其中加入铁片和一定量的饱和NaCl溶液，再分别滴加几滴K3[Fe(CN)6]溶液，然后往其中一个烧杯中通入O2，观察现象
(4)温度、NaCl溶液的浓度、O2的浓度
13．(2022珠海一中月考)研究金属腐蚀和防腐的原理很有现实意义。
(1)图甲为一种常用的探究钢铁的吸氧腐蚀的装置。某兴趣小组按该装置实验，导管中液柱上升缓慢，下列措施可以更快更清晰观察到水柱上升现象的是________(填序号)。

A．用纯氧气代替试管内空气
B．用酒精灯加热试管提高温度
C．将铁钉换成铁粉和炭粉混合粉末
D．换成更细的导管，水中滴加红墨水
(2)该小组将图甲装置改进成图乙装置并进行实验，导管中红墨水液柱高度随时间的变化如下表，根据数据判断腐蚀的速率随时间逐渐________(填“增大”“不变”或“减小”), 你认为影响因素为___________________________________________________________
________________________________________________________________________。

时间/min
1
3
5
7
9
液柱高度/cm
0.8
2.1
3.0
3.7
4.2
(3)为探究铁钉腐蚀实验中a、b两点所发生的反应，进行以下实验，请完成表格空白：
实验操作
实验现象
实验结论
向NaCl溶液中滴加2～3滴酚酞指示剂
a点附近溶液出现红色
a点电极反应为
①_____________________________
然后再滴加2～3滴②_________________________
b点周围出现蓝色沉淀
b点电极反应为
③_____________________________
根据以上实验探究，试判断____________(填“a”或“b”)为负极，该点腐蚀更严重。
(4)设计图丙所示的装置研究弱酸性环境中腐蚀的主要形式。测定锥形瓶内气压和空气中氧气的体积分数随时间变化曲线如图丁，从图中可分析，t1～t2 之间主要发生__________腐蚀(填“吸氧”或“析氢”)，原因是_____________________________________________
________________________________________________________________________。

(5)金属阳极钝化是一种电化学防腐方法。将 Fe 作阳极置于 H2SO4 溶液中，一定条件下Fe 钝化形成致密 Fe3O4 氧化膜，试写出该阳极电极反应式：________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)根据影响化学反应速率的几大因素进行推导，其中A为浓度、B为温度、C为固体表面积，但B项直接加热会使具支试管内温度持续升高，导管一端只会产生气泡不会形成气柱；D项换成更细的导管旨在放大实验现象，以便于明显观察到水柱的上升，答案为ACD。(2)通过表格可知，题中表格为间隔2分钟液面高度的变化，5～7、7～9变化趋势逐渐减小，则反应速率逐渐减小，随着反应的进行，空气中的氧气浓度含量逐渐减小，反应速率逐渐减小。(3)铁钉的吸氧腐蚀中，滴有酚酞的a点附近出现红色，则产生氢氧根离子，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－；b点则为Fe失电子生成二价铁或三价铁，b点周围出现蓝色沉淀，则加入铁氰化钾验证二价铁的存在，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋；b点作电池的负极，腐蚀更严重。(4)从题图丁中分析可知，t1～t2之间氧气的体积分数逐渐减小，压强逐渐减小，可确定此时发生吸氧腐蚀。(5)将Fe作阳极置于H2SO4溶液中，一定条件下Fe钝化形成致密Fe3O4氧化膜，阳极电极反应式为3Fe－8e－＋4H2O===Fe3O4＋8H＋。
答案：(1)ACD　(2)减小　氧气的浓度　(3)①O2＋4e－＋2H2O===4OH－　②铁氰化钾溶液　③Fe－2e－===Fe2＋　b　(4)吸氧　氧气含量和瓶内压强都降低，因此主要是吸氧腐蚀　(5)3Fe－8e－＋4H2O===Fe3O4＋8H＋