2025版高考化学一轮总复习第6章化学反应与能量第22讲电解池金属的腐蚀与防护提能训练

这是一份2025版高考化学一轮总复习第6章化学反应与能量第22讲电解池金属的腐蚀与防护提能训练，共9页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

1．(2024·山东青岛高三检测)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Cu2(OH)2CO3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；Cu2(OH)2CO3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．(2023·广东茂名一模)粗银中含有Cu、Pt等杂质，用电解法以硝酸银溶液为电解质溶液提纯银。下列说法正确的是( B )
A．粗银与电源负极相连
B．阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．Cu、Pt在阳极区中沉积
D．电解质溶液中c(Ag＋)先增大后减小
[解析] 用电解法精炼粗银，银单质失电子变成银离子，发生氧化反应，粗银与电源正极相连，故A错误；得电子能力：Ag＋>Cu2＋，阴极为Ag＋得电子生成Ag，阴极电极反应式为Ag＋＋e＋===Ag，故B正确；电解精炼银时，粗银中比银活泼的铜会失电子形成离子进入溶液，Pt为惰性金属在阳极区沉积，则电解质溶液中c(Ag＋)不可能增大，故C、D错误。
3．(2023·浙江金华模拟)实验小组用锂电池作电源，用石墨和汞作电极电解饱和食盐水(如图)，下列说法正确的是( C )
A．电子沿石墨→a→b→Hg路径流动
B．石墨电极上发生还原反应
C．汞电极发生主要反应的电极反应式：Na＋＋e－===Na
D．电解过程中每转移0.2 ml电子，阳极产生2.24 L Cl2
[解析] 石墨是阳极、汞是阴极，电池内通过离子移动导电，电子沿石墨→a，b→Hg路径流动，故A错误；石墨是阳极，石墨电极上Cl－失电子发生氧化反应，故B错误；汞电极是阴极，汞电极发生的主要反应为Na＋＋e－===Na，故C正确；阳极发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑，电解过程中每转移0.2 ml电子，阳极产生0.1 ml Cl2，未说明Cl2所处的状况，Cl2的体积不一定是2.24 L，故D错误。
4．用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中各项所列对应关系均正确的一项是( C )
[解析] 电解Na2SO4溶液时，阳极上是OH－发生失电子的氧化反应，即a管中OH－放电，酸性增强，酚酞遇酸不变色，即a管中为无色，A错误；电解AgNO3溶液时，阴极上是Ag＋得电子发生还原反应，即b管中电极反应是析出金属Ag的反应，B错误；电解CuCl2溶液时，阳极上是Cl－失电子发生氧化反应，即b管中Cl－放电，产生Cl2，C正确；电解NaOH溶液时，阴极上是H＋放电，阳极上是OH－放电，实际上电解的是水，导致NaOH溶液的浓度增大，碱性增强，pH升高，D错误。
5．(2023·河北邯郸十校联考)我国科学家开发出一种双极制氢系统，在低电池电压下的KOH介质中，可将醛类物质电催化转化为相应的羧酸盐和氢气，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是( B )
A．泡沫铜与直流电源的正极相连
B．制得1 ml氢气，理论上外电路中迁移了2 ml电子
C．高电压下不能实现双极制氢的原因可能是Cu被氧化从而使催化剂失活
D．泡沫铜电极上发生的反应可能为2RCHO＋4OH－－2e－===2RCOO－＋H2↑＋2H2O
[解析] 由图中OH－的移动方向可知，泡沫铜是阳极，与直流电源的正极相连，A正确；阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，阳极反应式为2RCHO＋4OH－－2e－===2RCOO－＋H2↑＋2H2O，转移2 ml电子时两极上共生成2 ml H2，B错误，D正确；铜是活性电极，高压电可能使Cu放电生成Cu2＋，引起催化剂失活，C正确。
6．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；金属的腐蚀以电化学腐蚀为主，所以生铁的腐蚀中电化学腐蚀更普遍，故B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；两个溶液中都发生电化学腐蚀，铁均作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故D正确。
7．(2023·山东滨州模拟)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生反应的总化学方程式为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图所示。
下列说法正确的是( D )
A．铁片发生还原反应而被腐蚀
B．铁片腐蚀生成的铁锈可以保护内层的铁不被腐蚀
C．铁片腐蚀过程中负极发生的电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．铁片里的铁和碳与食盐水形成了无数微小原电池，发生了电化学腐蚀
[解析] 结合题图知Fe失电子，化合价升高，发生氧化反应，A项错误；铁锈结构疏松，不能保护内层金属，B项错误；铁片腐蚀时，Fe作负极，发生氧化反应，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C项错误；铁片上的NaCl溶液为铁与碳形成原电池提供了电解质溶液，D项正确。
8．一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表。下列说法错误的是( B )
A.当pH<4时，碳钢主要发生析氢腐蚀
B．当6C．当pH>14时，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓
[解析] 在pH<4的溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀，负极电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故A说法正确；在614的溶液中，碳钢腐蚀的正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C说法正确；在煮沸除氧气后的碱性溶液中，正极上参加反应的氧气减少，所以碳钢腐蚀速率会减缓，故D说法正确。
9．利用如图装置可以完成很多电化学实验。下列有关此装置的叙述中，不正确的是( B )
A．若X为锌棒，Y溶液为NaCl溶液，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀，这种方法称为牺牲阳极法
B．若X为碳棒，Y溶液为NaCl溶液，开关K置于N处，可加快铁的腐蚀
C．若X为铜棒，Y溶液为硫酸铜溶液，开关K置于M处，铜棒质量将增加，此时外电路中的电子会向铜电极移动
D．若X为铜棒，Y溶液为硫酸铜溶液，开关K置于N处，可用于铁表面镀铜，溶液中铜离子浓度不变
[解析] 开关K置于M处，则装置为原电池，由于金属活动性：Zn>Fe，因此Zn为负极，Fe为正极，可减缓铁的腐蚀，这种方法称为牺牲阳极法，A正确；开关K置于N处，则装置为电解池，若X为碳棒，Y为NaCl溶液，Fe为阴极，被保护，不会引起Fe的腐蚀，B错误；开关K置于M处，则装置为原电池，若X为铜棒，Y溶液为硫酸铜溶液，由于金属活动性：Fe>Cu，Fe作负极，发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，Cu为正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，此时铜棒质量将增加，在外电路中的电子由铁电极经导线向铜电极移动，C正确；开关K置于N处，则装置为电解池，Y溶液为硫酸铜溶液，若阳极X为铜棒，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，Fe为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，可用于铁表面镀铜，由于两电极溶解的Cu的质量和析出的Cu的质量相等，因此溶液中铜离子浓度不变，D正确。
10．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( A )
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NHeq \\al(＋,4)－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1∶6
D．当有0.3 ml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，NHeq \\al(＋,4)在阳极失去电子发生氧化反应生成NCl3，电极反应式为NHeq \\al(＋,4)－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＋6NaClO2===6ClO2↑＋NH3↑＋3NaCl＋3NaOH。
二、非选择题：本题共3小题。
11．利用电化学原理，将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，模拟工业电解法来处理含Cr2Oeq \\al(2－,7)废水，如图所示；电解过程中溶液发生反应：Cr2Oeq \\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。
请回答下列问题：
(1)甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5，可循环使用。则石墨Ⅰ是电池的 负 极；石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为 NO2＋NOeq \\al(－,3)－e－===N2O5 。
(2)工作时，甲池内的NOeq \\al(－,3)向 石墨Ⅰ (填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”)极移动；在相同条件下，消耗的O2和NO2的体积之比为 1∶4 。
(3)乙池中Fe(Ⅰ)上发生的电极反应为 Fe－2e－===Fe2＋ 。
(4)若溶液中减少了0.01 ml Cr2Oeq \\al(2－,7)，则电路中至少转移了 0.12 ml电子。
[解析] (1)甲池工作时，NO2转变成N2O5，氮元素的化合价升高，则石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO2＋NOeq \\al(－,3)－e－===N2O5，石墨Ⅱ为正极。
(2)由于石墨Ⅰ为负极，原电池中阴离子向负极移动；根据得失电子守恒计算1 ml O2反应过程中转移4 ml电子，4 ml NO2转变成N2O5，转移4 ml电子，相同状况下气体的体积之比等于其物质的量之比，故O2和NO2的体积之比为1∶4。
(3)由于石墨Ⅰ为负极，故Fe(Ⅰ)为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。
(4)根据Cr2Oeq \\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，每0.01 ml Cr2Oeq \\al(2－,7)能够氧化0.06 ml Fe2＋，即电解过程中需要生成0.06 ml Fe2＋，Fe(Ⅰ)为阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故转移电子的物质的量为0.06 ml×2＝0.12 ml。
12．钢铁是目前应用最广泛的金属材料，了解钢铁腐蚀的原因与防护方法具有重要意义，对钢铁制品进行抗腐蚀处理，可适当延长其使用寿命。
(1)抗腐蚀处理前，生产中常用盐酸来除铁锈。现将一个表面生锈的铁件放入盐酸中，当铁锈除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式为 Fe＋2FeCl3===3FeCl2 。
(2)利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。
①若X为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于 N 处。
②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为 牺牲阳极法 。
(3)图中若X为粗铜，容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关K置于N处，一段时间后，当铁件质量增加3.2 g时，X电极溶解的铜的质量 小于 (填“小于”“大于”或“等于”)3.2 g。
(4)图中若X为铜，容器中海水替换为FeCl3溶液，开关K置于M处，铜电极发生的电极反应式为 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ ，若将开关K置于N处，发生的总反应式为 Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋ 。
[解析] (1)铁锈的成分为Fe2O3·xH2O，能和盐酸反应生成FeCl3和水，当铁锈除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式为Fe＋2FeCl3===3FeCl2。
(3)容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关K置于N处，一段时间后，当铁件质量增加3.2 g时，理论上X电极溶解的铜的质量为3.2 g，但X为粗铜，粗铜中有杂质参加反应，所以X电极溶解的铜的质量小于3.2 g。
(4)若X为铜，容器中海水替换为FeCl3溶液，开关K置于M处，此时构成原电池装置，铜电极为正极，发生电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋；若将开关K置于N处，此时构成电解池装置，铜为阳极，铜本身被氧化而溶解，阴极铁离子被还原，总反应式为Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。
13．(2023·广东深圳外国语学校期末)铁的腐蚀与防护与生产生活密切相关。
Ⅰ.研究铁的腐蚀
实验步骤如下：
步骤1：将铁粉放置于0.002 ml·L－1 CuSO4溶液中浸泡，过滤后用水洗涤。
步骤2：向15.00 mL 1 ml·L－1 NaCl溶液(用盐酸调pH＝1.78)中加入浸泡过的Fe粉。
步骤3：收集溶液pH随时间变化的数据。
(1)第一阶段，主要发生析氢腐蚀，Cu上发生的电极反应为 2H＋＋2e－===H2↑ 。
(2)第二、三阶段主要发生吸氧腐蚀。
①选取b点进行分析，经检验溶液中含有Fe2＋，写出Fe被腐蚀的总反应： 2Fe＋O2＋4H＋===2Fe2＋＋2H2O 。
②取b点溶液向其中滴加KSCN无明显现象，加入稀盐酸后立即变红。写出b点Fe2＋被氧化的离子方程式： 4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋ 。
③依据b点发生的反应，分析第二阶段pH上升的原因是 相同时间内，铁被氧化成Fe2＋消耗H＋的量大于Fe2＋被氧化成Fe(OH)3产生H＋的量 。
Ⅱ.研究铁的防护
(3)在铁表面镀锌可有效防止铁被腐蚀
已知：Zn2＋放电的速率缓慢且平稳，有利于得到致密、细腻的镀层。
①镀件Fe应与电源的 负极 相连。
②向ZnSO4电解液中加入NaCN溶液，将Zn2＋转化为[Zn(CN)4]2－，电解得到的镀层更加致密、细腻，原因是 通过反应Zn2＋＋4CN－[Zn(CN)4]2－降低c(Zn2＋)，使得Zn2＋放电速率减缓，同时通过平衡的移动补充放电消耗的Zn2＋，使其浓度保持相对稳定，达到放电速率平稳的作用 。
(4)电镀后的废水中含有CN－，一种测定其含量的方法是取废水50 mL，再加1 mL KI溶液，用c ml·L－1 AgNO3溶液滴定，消耗AgNO3溶液V mL。已知：Ag＋＋2CN－[Ag(CN)2]－(无色) K＝1.0×1021，Ag＋＋I－AgI K＝1.2×1016。
①滴定终点的现象是 溶液中产生黄色沉淀，半分钟内沉淀不溶解 。
②废水中CN－的含量是 eq \f(26cV,25) g·L－1(填算式)。
[解析] (1)由题意可知，第一阶段铁、铜在氯化钠酸性溶液中构成原电池发生析氢腐蚀，铜为原电池的正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
(2)①由题意可知，b点铁发生吸氧腐蚀，总反应为酸性条件下铁与氧气反应生成亚铁离子和水，反应的离子方程式为2Fe＋O2＋4H＋===2Fe2＋＋2H2O；②由b点溶液中滴加硫氰化钾溶液无明显现象，加入稀盐酸后立即变红可知，铁发生吸氧腐蚀生成的亚铁离子在溶液中与空气中的氧气反应生成氢氧化铁胶体和氢离子，反应的离子方程式为4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋；③由b点铁发生吸氧腐蚀生成亚铁离子和溶液中亚铁离子被氧化生成氢氧化铁胶体的反应可知，相同时间内，铁被氧化生成亚铁离子消耗氢离子的量大于亚铁离子被氧化成氢氧化铁胶体生成氢离子的量，导致溶液的pH增大。
(3)①由电镀的工作原理可知，电镀时，与直流电源正极相连的锌作电镀池的阳极，与负极相连的镀件铁作阴极；②电镀时，向硫酸锌电解液中加入氰化钠溶液，溶液中存在平衡Zn2＋＋4CN－[Zn(CN)4]2－，溶液中锌离子浓度减小，使得锌离子在阴极放电速率减缓，同时通过平衡的移动补充放电消耗的锌离子，使其浓度保持相对稳定，达到放电速率平稳的作用，使得阴极的镀层更加致密、细腻。
(4)①由平衡常数的大小可知，碘化钾为滴定的指示剂，当银离子与氰酸根离子完全反应后，滴入最后半滴硝酸银溶液，溶液中产生黄色沉淀，且半分钟内沉淀不溶解，说明滴定达到终点；②由终点时滴定消耗V mL c ml·L－1 AgNO3溶液可知，50 mL废水中氰酸根离子的浓度为eq \f(c ml·L－1×10－3V L×2×26 g·ml－1,50×10－3 L)＝eq \f(26cV,25) g·L－1。
选项
X极
实验前U形
管中液体
通电后现象及结论
A
正极
Na2SO4溶液
U形管两端滴入酚
酞后，a管中呈红色
B
正极
AgNO3溶液
b管中电极反应式是4OH－
－4e－===O2↑＋2H2O
C
负极
CuCl2溶液
b管中有气体逸出
D
负极
NaOH溶液
溶液pH降低
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2＋
Fe3O4
Fe2O3
FeOeq \\al(－,2)