2025届高考化学一轮总复习课时跟踪练36电解池金属的腐蚀与防护

这是一份2025届高考化学一轮总复习课时跟踪练36电解池金属的腐蚀与防护，共10页。
1．(2024·广东五校联考)电解原理在工业生产中应用广泛，下列有关电解原理的应用正确的是( )
A．工业上用电解饱和食盐水制备烧碱、氯气等化工原料
B．可通过电解熔融 AlCl3冶炼铝
C．电镀时，镀层金属作为阴极，待镀金属作为阳极
D．电解精炼铜时，用纯铜板作为阳极，粗铜板作为阴极
解析：选A。A．烧碱、氯气等化工原料是通过氯碱工业，即电解饱和食盐水得到的，选项A正确；B．AlCl3是共价化合物，熔融状态下不能电离出 Al3＋，不能通过电解熔融AlCl3冶炼铝，选项B错误；C．电镀时，待镀金属作为阴极，镀层金属作为阳极，选项C错误；D．电解精炼铜时，应用粗铜板作为阳极，纯铜板作为阴极，选项D错误。
2.(2022·新高考天津卷)实验装置如右图所示。接通电源后，用碳棒(a′、b′)作笔，在浸有饱和NaCl溶液和石蕊溶液的湿润试纸上同时写字，a′端的字迹呈白色。
下列结论正确的是( )
A．a为负极
B．b′端的字迹呈蓝色
C．电子流向为b→b′→a′→a
D．如果将a′、b′换成铜棒，与碳棒作为电极时的现象相同
解析：选B。A．a′端的字迹呈白色，说明a′端生成了氯气，氯离子失去电子，为阳极，故a为正极，A错误；B．b′端为阴极，水放电生成氢气和氢氧根离子，石蕊变蓝，B正确；C．电子沿导线由b流向b′，由a′流向a，但电子不能在电解质溶液中移动，不会由b′流向a′，C错误；D．如果换成铜棒，铜棒作为阳极，铜放电生成Cu2＋，现象与碳棒作为电极时不相同，D错误。
3.(2024·江门高三月考)地下管线穿过不同的地质结构及潮湿程度不同的土壤带时，由于氧气浓度存在差别，会引起金属管道的腐蚀，其原理如右图所示，下列说法正确的是( )
A．黏土区钢管为正极
B．电子由砂土区钢管流向黏土区钢管
C．每消耗22.4 L O2最终可生成1 ml铁锈
D．砂土区钢管表面发生的电极反应可能为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
解析：选D。A．砂土区钢管(富氧区)氧气浓度高，氧气得电子，富氧区为正极，黏土区钢管为负极，A错误；B．电子由负极流向正极，故电子由黏土区钢管流向砂土区钢管，B错误；C．气体所处状况未知，无法计算消耗的O2的物质的量，C错误；D．砂土区钢管为正极，发生的电极反应可能为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，D正确。
4．(2024·江门高三调研)某氨工业生产的绿色程序如下：将适当比例的空气和水蒸气通入阴极，两者均进行电解，氧气转化为O2－，水蒸气转化为H2和O2－，O2－通过氧离子交换膜在阳极反应。将甲中气体通过除水装置后直接导入哈伯法工艺即可制氨。
下列说法错误的是( )
A．电解时水蒸气被氧化
B．甲部分的气体除水蒸气外，主要还有H2和N2
C．阳极的电极反应式为2O2－－4e－===O2↑
D．在实验室中可以用碱石灰吸收水蒸气
解析：选A。A．电解时水蒸气转化为H2和O2－，说明水蒸气发生得电子的还原反应，故A错误；B．将适当比例的空气和水蒸气通入阴极，两者均进行电解，氧气转化为O2－，水蒸气转化为H2和O2－，故剩余气体中主要还有H2和N2，故B正确；C．O2－通过氧离子交换膜进入阳极发生反应，电极反应式为2O2－－4e－===O2↑，故C正确；D．在实验室中可以用碱石灰吸收水蒸气，故D正确。
5．(2024·广东四校联考)电解法制取Na2FeO4的总反应为Fe＋2H2O＋2OH－ eq \(=====,\s\up7(电解)) FeO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋3H2↑，工作原理如右图所示。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。下列叙述正确的是( )
A．铁电极为阳极，发生还原反应
B．Ni电极发生还原反应，有H2生成
C．该离子交换膜为阳离子交换膜
D．当电路中通过1 ml电子时，阴极区有11.2 L H2生成
解析：选B。由题给信息可知，电解法制取Na2FeO4的总反应为Fe＋2H2O＋2OH－ eq \(=====,\s\up7(电解)) FeO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋3H2↑，电解过程中Fe为电解池的阳极，Ni为阴极，碱性溶液中阳极电极反应为Fe－6e－＋8OH－===FeO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋4H2O，阴极电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A错误，B正确；电解池中阳离子由阳极移向阴极，阴离子由阴极移向阳极，又知Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原，故阴极产生的OH－经过离子交换膜移向阳极，以保证阳极区呈碱性，故该离子交换膜为阴离子交换膜，C错误；阴极电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当电路中通过1 ml电子时，阴极区有0.5 ml H2生成，但H2所处状况未知，故无法计算H2的体积，D错误。
6.某电化学装置如图所示，a、b分别接直流电源两极。下列说法正确的是( )
A．电解质溶液中电子从B极移向A极
B．若B为粗铜，A为精铜，则溶液中c(Cu2＋)保持不变
C．若A、B均为石墨电极，则通电一段时间后，溶液的pH增大
D．若B为粗铜，A为精铜，则A、B两极转移的电子数相等
解析：选D。A项，电解质溶液通过离子定向移动导电，电解质溶液中没有电子移动，故A错误；B项，若B为粗铜，A为精铜，电解质溶液是硫酸铜溶液，则该装置为电解精炼铜装置，溶液中c(Cu2＋)减小，故B错误；C项，若A、B均为石墨电极，则电解总反应的化学方程式是2CuSO4＋2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 2Cu＋O2↑＋2H2SO4，通电一段时间后，溶液的pH减小，故C错误。
7．下列根据实验操作及现象进行的分析和推断中，不正确的是( )
A．NaCl的琼脂水溶液为离子迁移的通路
B．①中变红是因为发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．②中可观察到铁钉裸露在外的附近区域变蓝，铜丝附近区域变红
D．①和②中发生的氧化反应均可表示为M－2e－===M2＋(M代表锌或铁)
解析：选B。①中变红是因为发生反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－，OH－使酚酞变红，B不正确。
8．(2024·江门调研)我国科学家耦合光催化/电催化分解水的装置如下图，催化电极时产生电子和空穴(空穴指共价键上流失一个电子留下空位的现象，用h＋表示)。下列有关说法错误的是 ( )
A．光催化装置中溶液的pH增大
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电催化装置阳极电极反应式：4OH－＋4h＋===2H2O＋O2↑
D．光催化和电催化协同循环的总反应式：2H2O===2H2↑＋O2↑
解析：选B。光催化装置发生反应：2H＋＋2e－===H2↑、3I－＋2h＋===I eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ；电催化装置为电解装置，阴极电极反应式：I eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋2e－===3I－，阳极电极反应式：4OH－＋4h＋===2H2O＋O2↑。A．根据分析可知，光催化装置中发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，消耗H＋，c(H＋)减小，pH增大，故A正确；B．由分析可知，阴极上阴离子物质的量增大，阳极上消耗阴离子，根据装置图可知，离子交换膜为阳离子交换膜，故B错误；C．根据分析可知，电催化装置为电解装置，阳极电极反应式为4OH－＋4h＋===2H2O＋O2↑，故C正确；D．根据光催化和电催化各装置反应，可得总反应为2H2O===2H2↑＋O2↑，故D正确。
9．(1)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。
①用石墨作为电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图甲所示)，写出阳极产生ClO2的电极反应：_________________________________。
②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时，停止电解，通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为__________ml；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因：__________________________________。
(2)粗银精炼装置如图乙所示，电解质溶液为稀硫酸，下列说法正确的是__________(填字母)。
A．体系中存在沉淀溶解平衡：Ag2SO4(s)===2Ag＋(aq)＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) (aq)
B．阳极的电极反应为Ag－e－===Ag＋
C．钛电极电势高
D．阴极区可获得超细银粉的原理：Ti3＋＋Ag＋===Ag＋Ti4＋
E．电解液中添加Ti3＋/Ti4＋，可实现Ti3＋/Ti4＋循环利用
解析：(1)①由题意可知，阳极上Cl－放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参加反应，同时生成H＋，阳极的电极反应为Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋。②阴极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成氢气的物质的量为 eq \f(0.112 L,22.4 L·ml－1) ＝0.005 ml，所以通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.005 ml×2＝0.01 ml。
(2)体系中存在沉淀溶解平衡：Ag2SO4(s)⇌2Ag＋(aq)＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) (aq)，故A错误；阳极的电极反应为2Ag－2e－＋SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ===Ag2SO4，故B错误；钛电极是阴极，电势低，故C错误；电解液中添加Ti3＋/Ti4＋，阴极上：Ti4＋＋e－===Ti3＋，溶液中的Ag＋又将Ti3＋氧化：Ti3＋＋Ag＋===Ag＋Ti4＋，可获得超细银粉，也可实现Ti3＋/Ti4＋循环利用，故D、E正确。
答案：(1)①Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋ ②0.01 阴极上H2O电离的H＋放电产生H2，H＋浓度减小，使得H2O⇌OH－＋H＋的平衡向右移动，OH－浓度增大，pH增大 (2)DE
10．我国力争在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。
(1)在稀硫酸中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其原理如图甲所示。
①阳极的电极反应为_________________________________。
②铜电极上产生CH4的电极反应为___________________________，若铜电极上只生成5.6 g CO，则铜极区溶液质量变化了________g。
③若铜电极上只生成0.3 ml CH3CHO和0.4 ml HCOOH，则电路中转移电子的物质的量为________ml。
(2)我国科学家报道了机理如图乙所示的电化学过程。
①Ni电极为________，电极反应为_______________________。
②理论上，每有1 ml CO2与O2－结合，电路中转移电子数为________(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。
解析：(1)①阳极为铂电极，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。②铜电极为阴极，其中生成甲烷的电极反应为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O，若铜电极上只生成CO，则电极反应为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，当有1 ml CO生成时，铜极区溶液的质量变化为44 g＋2 g－28 g＝18 g，故有5.6 g即0.2 ml CO生成时，铜极区溶液质量变化了3.6 g。③铜电极上每生成1 ml CH3CHO，转移10 ml电子，每生成1 ml HCOOH，转移2 ml电子，若只生成0.3 ml CH3CHO和0.4 ml HCOOH，则电路中转移电子的物质的量为3.8 ml。(2)①Ni电极上CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) 转化为C和O2－，为阴极，电极反应为CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋4e－===C＋3O2－。②理论上，每有1 ml CO2与O2－结合生成1 ml CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ，电路中有4 ml电子转移，故电路中转移电子数为4NA。
答案：(1)①2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ ②CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O 3.6 ③3.8
(2)①阴极 CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋4e－===C＋3O2－ ②4NA
[素养提升]
11．(2024·东莞模拟)CO2资源化利用是实现碳中和的一种有效途径，下图是 CO2在电催化下产生合成气(CO和H2)的一种方法(不考虑 CO2的溶解)。下列说法正确的是( )
A．a电极与电源的正极相连
B．每消耗22.4 L(标准状况下)CO2，NA个 SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 透过阴离子交换膜进入b极区(NA表示阿伏加德罗常数的值)
C．a极区中c(CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) )逐渐增大，b极区中 c(CH3COO－)逐渐增大
D．外电路转移1 ml电子，阳极区溶液质量增加48 g
解析：选D。根据题图可知，a电极上CO2→CO，碳元素的化合价降低，得电子，发生还原反应，因此a电极为阴极，b电极为阳极。A．根据分析可知，a电极为阴极，应与电源的负极相连，故A错误；B．根据题图可知，a电极上CO2和HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 均放电，电极反应为CO2＋4e－＋4HCO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ===H2＋CO＋4CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) ＋H2O，消耗1 ml CO2时，转移4 ml e－，透过阴离子交换膜的SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 的数目为2NA，故B错误；C．由a电极的电极反应可知，电解过程中，a极区c(CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) )逐渐增大，b电极为阳极，电极反应为C6H5CH2OH－2e－＋2CH3COO－===C6H5CHO＋2CH3COOH，b极区c(CH3COO－)逐渐减小，故C错误；D．由电荷守恒可知，外电路转移1 ml电子，有0.5 ml SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 由左侧向右侧迁移，阳极区溶液质量增加0.5 ml×96 g/ml＝48 g，故D正确。
12．(2024·江门统考)电芬顿法通过产生氧化能力强的羟基自由基，分解有机化合物，应用于深度处理老龄垃圾渗滤液，其部分工作原理如下图(设有机化合物的分子式为C6H12O6)。下列说法错误的是 ( )
A．b为电源的正极
B．M极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
C．生成CO2的反应为24·OH＋C6H12O6===6CO2↑＋18H2O
D．理论上外电路中每通过1 ml e－，消耗Fe与生成N2的质量之比为6∶1
解析：选A。由题图可知，该装置为电解池，M极为阳极，Fe失电子生成Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，N极为阴极，NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) 得电子生成N2，电极反应式为2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋6e－＋8H＋===N2↑＋4H2O，a为电源的正极，b为电源的负极，故A错误，B正确；C6H12O6与羟基自由基反应生成CO2：24·OH＋C6H12O6===6CO2↑＋18H2O，故C正确；根据阳极电极反应式Fe－2e－===Fe2＋可知，通过1 ml e－消耗0.5 ml Fe，其质量m＝0.5 ml×56 g/ml＝28 g，根据阴极电极反应式为2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋6e－＋8H＋===N2↑＋4H2O可知，通过1 ml e－生成 eq \f(1,6) ml N2，其质量m＝ eq \f(1,6) ×28 g，故消耗Fe与生成N2的质量之比为28∶( eq \f(1,6) ×28)＝6∶1，故D正确。
13．为探究电解过程中溶液pH的变化，某化学兴趣小组设计了如下实验。装置、所得数据结果如下图所示。电解过程中，充分搅拌使溶液均匀，忽略溶液体积的变化。下列说法错误的是( )
A．0～t1时：4AgNO3＋2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 4Ag＋O2↑＋4HNO3；t1～t2时：2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 2H2↑＋O2↑
B．若进行到t2时刻共有0.224 L气体(标准状况)产生，则外电路有0.04 ml电子通过
C．若使用氢氧燃料电池为电源，t1时，理论上负极消耗的气体物质的量为0.005 ml
D．电解到t1时刻，加入1.16 g Ag2O可使溶液复原
解析：选B。A．该装置为电解装置，t1时刻前发生反应：4AgNO3＋2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 4Ag＋O2↑＋4HNO3，溶质由AgNO3变为HNO3，溶液pH减小，当Ag＋消耗完时，H2O放电，即t1～t2时刻发生反应：2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 2H2↑＋O2↑，溶液pH基本不变，故A正确；B．进行到t1时银离子被完全还原，溶液的pH为1，硝酸银溶液中c(Ag＋)＝0.1 ml·L－1，n(Ag＋)＝0.1 ml·L－1×0.1 L＝0.01 ml，由反应得消耗0.01 ml Ag＋转移0.01 ml电子，由得失电子守恒可得，此过程生成氧气的物质的量为n(O2)＝0.002 5 ml，在标准状况下的体积V(O2)＝0.002 5 ml×22.4 L·ml－1＝0.056 L，t1～t2 电解水生成的气体体积为0.224 L－0.056 L＝0.168 L，其中氧气和氢气体积之比为1∶2，故电解水生成的氧气体积为0.056 L，氧气的物质的量为n(O2)＝ eq \f(0.056 L,22.4 L·ml－1) ＝0.002 5 ml，转移0.01 ml电子，共转移0.02 ml电子，故B错误；C．若使用氢氧燃料电池为电源，则氢气与通过电子的关系为H2～2e－，t1时，转移0.01 ml电子，理论上负极消耗氢气的物质的量为0.005 ml，故C正确；D．电解到t1时刻，析出了0.01 ml 银、0.002 5 ml氧气，应加入0.005 ml Ag2O可使溶液复原，即加入1.16 g Ag2O可使溶液复原，故D正确。
14．电化学原理被广泛应用于生产、生活的许多方面，利用电解法脱除煤中的含硫物质(主要是FeS2)的原理如下图所示。
(1)阴极石墨棒上有无色气体产生，该气体是__________。
(2)阳极的电极反应为_________________________________________。
(3)补全脱硫反应的离子方程式：
eq \x( ) FeS2＋ eq \x( ) __________＋ eq \x( ) __________=== eq \x( ) SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋ eq \x( ) __________＋ eq \x( ) __________
(4)相同反应时间，FeCl3对脱硫率的影响如下图所示。
①电解脱硫过程中，FeCl3的作用是催化剂，结合简单碰撞理论说明使用FeCl3能增大反应速率的原因：______________________________________。
②FeCl3的质量分数大于1.5%时，脱硫率随FeCl3浓度的增大而下降，解释原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(5)研究发现，电解时若电压过高，阳极有副反应发生，造成电解效率降低。电解效率η的定义：η(B)＝ eq \f(n(生成B所用的电子),n(通过电极的电子)) ×100%。某电压下电解100 mL
煤浆-FeCl3-H2SO4混合液，煤浆中除FeS2外不含其他含硫物质，混合液中H2SO4浓度为0.01 ml·L－1，FeCl3的质量分数为1.5%。当阴极收集到224 mL(标准状况)气体时(阴极无副反应发生)，测得溶液中 c(SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) )＝0.02 ml·L－1，η(SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) )＝________________(忽略电解前后溶液的体积变化)。
(6)综上，电解法脱硫的优点有______________________________(写出两点)。
解析：(1)由题图可知，阳极石墨棒上，Fe2＋发生氧化反应转化为Fe3＋，Fe3＋和FeS2反应生成Fe2＋、SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 和H＋，阴极石墨棒上有无色气体产生，阴极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极上产生的气体为H2。
(2)阳极石墨棒上，Fe2＋发生氧化反应转化为Fe3＋，电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋。
(3)由题图可知，Fe3＋和FeS2反应生成Fe2＋、SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 和H＋，根据质量守恒定律可知，产物H＋来自H2O，即该反应的反应物有Fe3＋、FeS2和H2O，生成物有Fe2＋、SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 、H＋，该反应的离子方程式为FeS2＋14Fe3＋＋8H2O===2SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) ＋15Fe2＋＋16H＋。
(4)①催化剂FeCl3能改变反应历程，降低FeS2直接在电极放电反应中的活化能，增大单位体积内反应物分子中活化分子的数目，单位时间内有效碰撞次数增多，反应速率增大，故使用FeCl3能增大反应速率。②FeCl3的质量分数大于1.5% 时，脱硫率随FeCl3浓度的增大而下降，可能是因为随着FeCl3浓度的增大，发生Fe3＋在阴极放电或者Cl－在阳极放电等副反应，导致与FeS2反应的Fe3＋浓度减小，脱硫率降低；也可能是因为随着FeCl3浓度的增大，平衡Fe3＋＋3H2O⇌Fe(OH)3＋3H＋正向移动，产生更多Fe(OH)3胶体，导致煤浆聚沉，脱硫率降低。
(5)当阴极收集到224 mL(标准状况)气体时，n(H2)＝ eq \f(0.224 L,22.4 L·ml－1) ＝0.01 ml，根据阴极的电极反应2H＋＋2e－===H2↑可知，通过电极的电子的物质的量为0.02 ml；混合溶液的体积为100 mL，电解前后，Δc(SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) )＝0.02 ml·L－1－0.01 ml·L－1＝0.01 ml·L－1，生成的SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 的物质的量为0.01 ml·L－1×0.1 L＝0.001 ml，由FeS2反应生成0.001 ml SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 转移0.007 ml电子，故η(SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) )＝ eq \f(0.007 ml,0.02 ml) ×100%＝35%。
(6)电解法脱硫的优点有联产高纯H2、Fe3＋可循环利用、脱硫速率大等。
答案：(1)H2 (2)Fe2＋－e－===Fe3＋
(3)1 14 Fe3＋ 8 H2O 2 15 Fe2＋ 16 H＋
(4)①催化剂能改变反应历程，降低FeS2直接在电极放电反应中的活化能，增大单位体积内反应物分子中活化分子的数目，单位时间内有效碰撞次数增多，反应速率增大 ②随着FeCl3浓度的增大，可能发生Fe3＋在阴极放电或者Cl－在阳极放电等副反应，导致与FeS2反应的Fe3＋浓度减小，脱硫率降低[或随着FeCl3浓度的增大，平衡Fe3＋＋3H2O⇌Fe(OH)3＋3H＋正向移动，产生更多Fe(OH)3胶体，导致煤浆聚沉，脱硫率降低]
(5)35% (6)联产高纯H2、Fe3＋可循环利用、脱硫速率大(答案合理即可)操作
现象
一段时间后：①中，铁钉裸露在外的附近区域变红；②中……