2020届高考化学一轮复习电解池　金属的电化学腐蚀与防护作业(1)

2020届高考化学一轮复习电解池　金属的电化学腐蚀与防护作业(1)

课时规范练8　电解池　金属的电化学腐蚀与防护 ‎(时间:45分钟　满分:100分)‎ 一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分,每小题只有一个选项符合题目要求)‎ ‎1.如图是CO2电催化还原为CH4的工作原理示意图。下列说法不正确的是(　　)‎ A.该过程是电能转化为化学能的过程 B.一段时间后,①池中n(KHCO3)不变 C.一段时间后,②池中溶液的pH一定下降 D.铜电极的电极反应式为CO2+8H++8e-CH4+2H2O ‎2.(2018安徽合肥第一次教学质量检测)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH,装置如下图所示。下列说法中正确的是(　　)‎ A.电极B连接电源正极 B.A极区电解液为LiCl溶液 C.阳极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-‎ D.每生成1 mol H2,有1 mol Li+通过该离子交换膜 ‎3.研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是(　　)‎ A.d为石墨,铁片腐蚀加快 B.d为石墨,石墨上电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-‎ C.d为锌块,铁片不易被腐蚀 D.d为锌块,铁片上电极反应为2H++2e-H2↑‎ ‎4.(2018全国Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示,其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:‎ ‎①EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+‎ ‎②2EDTA-Fe3++H2S2H++S+2EDTA-Fe2+‎ 该装置工作时,下列叙述错误的是(　　)‎ A.阴极的电极反应:CO2+2H++2e-CO+H2O B.协同转化总反应:CO2+H2SCO+H2O+S C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低 D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性 ‎5.用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是(　　)‎ A.用石墨作阳极,铁作阴极 B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e- ClO-+H2O C.阴极的电极反应式:2H2O+2e-H2↑+2OH-‎ D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O ‎6.纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制阳极电解液中OH-的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示,总反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑。下列说法不正确的是(　　)‎ A.钛(Ti)电极表面发生氧化反应 B.阳极附近溶液的pH逐渐减小 C.离子交换膜宜采用阴离子交换膜 D.阳极表面总反应式是2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2O ‎7.某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4,物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解该溶液,根据电极产物的不同,可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是(　　)‎ A.阴极只析出H2‎ B.阳极先析出Cl2,后析出O2‎ C.电解最后阶段为电解水 D.溶液pH不断增大,最后为7‎ ‎8.以铜为电极,a mol·L-1的硫酸铜溶液作电解液,对含有铁、锌、银的粗铜进行电解精炼,下列叙述正确的是(　　)‎ ‎①粗铜应与电源的负极相连 ‎②当有1 mol精铜析出时,就有2NA个电子通过电解质溶液 ‎③阴极上的反应只有:Cu2++2e-Cu ‎④电解结束时,c(CuSO4)Fe,则锌作负极,铁片不易被腐蚀,C项正确;d为锌块时,铁片上的反应为O2+2H2O+4e-4OH-,D项错误。‎ ‎4.C　根据图示可知,ZnO@石墨烯电极上发生还原反应,则该电极为阴极,电极反应式为CO2+2H++2e-CO+H2O,A项正确;根据题干信息及图中两电极上的反应可知,该电化学装置(电解池)中的总反应为CO2+H2SCO+S+H2O,B项正确;石墨烯作阳极,ZnO@石墨烯作阴极,阳极上的电势应高于阴极上的电势,C项错误;若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,否则Fe3+、Fe2+可形成沉淀,且H2S和S不能稳定存在,D项正确。‎ ‎5.D　若铁作阳极,则铁失电子生成Fe2+,则CN-无法除去,故铁只能作阴极,A项正确;Cl-要生成ClO-,Cl的化合价升高,故在阳极发生氧化反应,又已知该溶液呈碱性,故B项正确;阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应,碱性条件下,H2O提供阳离子H+,故C项正确;由于溶液呈碱性,故除去CN-发生的反应为2CN-+5ClO-+H2ON2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-,D项错误。‎ ‎6.A　钛(Ti)电极为阴极,氢离子得电子,发生还原反应,A项错误;阳极附近溶液的氢氧根离子参加电极反应,pH逐渐减小,B项正确;离子交换膜宜采用阴离子交换膜,氢氧根离子能从阴极区移动到阳极区,C项正确;阳极电极反应式为2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2O,D项正确。‎ ‎7.D　可以将溶质看成3 mol NaCl和1 mol H2SO4,再转化一下思想,可以看成2 mol HCl、1 mol Na2SO4、1 mol NaCl,由于1 mol Na2SO4自始至终无法放电,且其溶液pH=7,暂时可以忽略,则电解过程可看成先电解HCl溶液,再电解NaCl溶液,最后电解水,即第一阶段:2HClH2↑+Cl2↑;第二阶段:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑;第三阶段:2H2O2H2↑+O2↑,第二阶段生成的NaOH导致溶液pH大于7。阴极自始至终是氢离子放电,A正确;阳极氯离子先于氢氧根离子放电,先析出Cl2,后析出O2,B正确;电解最后阶段为电解水,C正确;溶液pH不断增大,最后生成的NaOH导致溶液pH大于7,D错误,故选D。‎ ‎8.D　电解精炼铜利用的是电解的原理,在电解精炼装置中,粗铜作阳极与电源正极相连,①错误;根据放电顺序:锌>铁>铜>银,锌、铁、铜先后溶解变成离子,而银沉积于阳极下方形成阳极泥,⑤错误;纯铜作阴极与电源负极相连,发生还原反应Cu2++2e-Cu,③正确;电子只经过外电路,电解液通过离子的定向移动而导电,②错误;由于阳极失电子的有锌、铁、铜,阴极析出的只有铜,所以随着电解进行,溶液中铜离子的浓度逐渐减小,④正确。答案选D。本题为典型易错题。错因:对电解精炼的基础知识掌握不牢,概念性的知识混淆等。纠错方法:对比记忆粗铜精炼、镀铜等电解应用知识。‎ ‎9.答案 (1)负　CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+‎ ‎(2)7.72×103C　13‎ 解析 (1)由电子流向知,通入a气体的电极为负极,燃料电池中,负极通入燃料,发生氧化反应,被氧化生成二氧化碳。‎ ‎(2)电解氯化钠溶液的化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,可得关系式1 mol CH4~8 mol e-~8 mol NaOH,故若每个电池甲烷通入量为0.224 L(标准状况),生成0.08 mol NaOH,c(NaOH)=‎0.08mol‎0.8 L=0.1 mol·L-1,pH=13;电解池通过的电量为‎0.224 L‎22.4 L·mol‎-1‎×8×9.65×104 C·mol-1=7.72×103 C(题中虽然有两个燃料电池,但电子的传递量只能用一个电池的甲烷量计算)。‎ ‎10.答案 (1)2HSO‎3‎‎-‎+2H++2e-S2O‎4‎‎2-‎+2H2O ‎2NO+2S2O‎4‎‎2-‎+2H2ON2+4HSO‎3‎‎-‎ ‎(2)①Cl-+2H2O-5e-ClO2↑+4H+‎ ‎②0.01　在阴极发生2H++2e-H2↑,H+浓度减小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移动,OH-浓度增大,pH增大 ‎(3)①‎ Fe-2e-Fe2+;由于电解质溶液中有H2CO3溶液,电离出氢离子,2H++2e-H2↑,发生析氢腐蚀。电解质溶液中又溶有氧气,O2+2H2O+4e-4OH-,发生吸氧腐蚀 ‎②正极　SO2+2H2O-2e-SO‎4‎‎2-‎+4H+‎ 解析 (1)阴极发生还原反应,是亚硫酸氢根离子得电子生成S2O‎4‎‎2-‎,电极反应式为2HSO‎3‎‎-‎+2H++2e-S2O‎4‎‎2-‎+2H2O;S2O‎4‎‎2-‎与一氧化氮发生氧化还原反应,生成氮气和亚硫酸氢根,离子反应方程式为2NO+2S2O‎4‎‎2-‎+2H2ON2+4HSO‎3‎‎-‎。‎ ‎(2)①由题意可知,氯离子放电生成ClO2,由元素守恒可知,有水参加反应,同时生成氢离子,电极反应式为Cl--5e-+2H2OClO2↑+4H+。②在阴极发生2H++2e-H2↑,氢气的物质的量为‎0.112 L‎22.4 L·mol‎-1‎=0.005 mol,通过阳离子交换膜的阳离子为+1价离子,通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.005 mol×2=0.01 mol,电解时阴极H+浓度减小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移动,溶液的pH增大。‎ ‎(3)①钢铁含有铁和碳,铁为负极,碳为正极,电子由负极流向正极,故电子的移动方向可表示为;高铁铁轨锈蚀的原因是铁为负极发生氧化反应Fe-2e-Fe2+‎ ‎。由于电解质溶液中有H2CO3,电离出氢离子,2H++2e-H2↑,发生析氢腐蚀。电解质溶液中又溶有氧气,O2+2H2O+4e-4OH-,发生吸氧腐蚀。②由题意可知原电池目的是用SO2和O2来制备硫酸,B极生成硫酸,则通入的气体应为SO2,硫元素由+4价升高到+6价,发生氧化反应,B极为负极,A极为正极。B极SO2中硫元素由+4价升高到+6价,发生氧化反应,发生的电极反应式为SO2+2H2O-2e-SO‎4‎‎2-‎+4H+。‎ ‎11.答案 (1)PbO2‎ ‎(2)2H2O2H2↑+O2↑‎ ‎(3)0.1 mol Cu(OH)2‎ ‎(4)负　O2+4H++4e-2H2O ‎(5)‎‎175‎‎176‎ 解析 甲池是原电池,作电源,发生的反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O;乙、丙、丁是电解池,闭合K,发现g电极附近的溶液变红,说明g电极是电解池的阴极,h是电解池的阳极,所以a为正极,b为负极;c电极为阴极,d电极为阳极;e电极为阴极,f电极为阳极;20 min后,将K断开,此时c、d两极上产生的气体体积相同。‎ ‎(1)a电极是铅蓄电池的正极,正极的电极材料是PbO2。‎ ‎(2)丙中电解硫酸铝溶液,实际上是电解水,电解方程式为2H2O2H2↑+O2↑。‎ ‎(3)c、d两极上产生的气体体积相同,c电极上发生的电极反应为Cu2++2e-Cu;2H++2e-H2↑,d电极上发生的电极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑,设生成的氧气为x mol,则氢气也为x mol,生成的Cu为0.1 L×1 mol·L-1=0.1 mol,由得失电子守恒可得:2x+0.1×2=4x,解得x=0.1,则电解时生成0.1 mol氢气、0.1 mol氧气和0.1 mol Cu,若要使溶液恢复到原来的状态,需要加入0.1 mol Cu(OH)2。‎ ‎(4)20 min后将乙装置与其他装置断开,然后在c、d两极间连上灵敏电流计,发现电流计指针偏转,说明形成了原电池,氢气在c极失电子,c为负极,氧气在d极得电子,d极为正极,正极的电极反应式为O2+4H++4e-2H2O。‎ ‎(5)电解后丁装置中生成氢氧化钠,乙中电解生成0.1 mol氧气,转移电子为0.4 mol,则丁中氯化钠全部被消耗,生成的氢氧化钠为0.2 mol,其浓度为2 mol·L-1,加醋酸后溶液的pH恰好等于7,‎ 则c(H+)=c(OH-),由电荷守恒可知c(Na+)=c(CH3COO-)=‎2mol·L‎-1‎×a×1‎0‎‎-3‎L‎(a+b)×1‎0‎‎-3‎L‎=‎‎2aa+b mol·L-1, c(CH3COOH)=‎2mol·L‎-1‎×b×1‎0‎‎-3‎L‎(a+b)×1‎0‎‎-3‎L-c(CH3COO-)=‎2(b-a)‎a+b mol·L-1,Ka=c(CH‎3‎COO‎-‎)·c(H‎+‎)‎c(CH‎3‎COOH)‎=1.75×10-5,代入数值解得ab‎=‎‎175‎‎176‎。‎