2021高考化学人教版一轮复习规范演练：第八章 第三讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护

2021高考化学人教版一轮复习规范演练：第八章 第三讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护

www.ks5u.com 规范演练24‎ 一、选择题 ‎1．(2019·湖北洪湖一中月考)关于如图装置所示的两个实验，说法正确的是(　　)‎ A．①②中均发生了化学变化，均是化学能转变为电能的装置 B．②中电流方向是从Zn经导线流入Cu C．反应开始阶段，①②中均有氢气产生 D．电极反应式：①中阳极2Cl－－2e－===Cl2↑；②中正极2H＋＋2e－===H2↑‎ 解析：A项，①装置为电解池，将电能转化为化学能；B项，电流方向为从Cu流向Zn；C项，①中产生的气体是Cl2。‎ 答案：D ‎2．(2019·珠海一中月考)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　)‎ A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小 C．图c中，接通开关时Zn的腐蚀速率增大，Zn上放出的气体的速率也增大 D．图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的 解析：图a中，铁棒发生化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，A错误；图b中开关由M置于N，CuZn合金作正极，腐蚀速率减小，B正确；图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt上放出，C错误；图d中干电池放电时MnO2发生还原反应，体现还原性，D错误。‎ 答案：B ‎3．(2019·广东省实验中学月考)下列装置或操作能达到实验目的的是(　　)‎ A．①防止铁钉生锈 B．②构成铜锌原电池 C．③构成铜银原电池 D．④验证NaCl溶液(含酚酞)电解产物 解析：对钢铁制品进行电化学防腐时，需接电源的负极，接正极会加快腐蚀，A错误；图②左边烧杯中发生置换反应，无法产生电流，则不能构成原电池，B错误；③中因电极与电解质溶液不能发生氧化还原反应，则不能构成原电池，C错误；④中由电子的流向可知，电子由电源的负极流向电解池的阴极，左端为阴极，右端为阳极，氯离子在阳极放电生成氯气，能使KI淀粉变蓝，D正确。‎ 答案：D ‎4．(2019·辽宁五校联考)下列装置由甲、乙两部分组成(如图所示)，甲是将废水中乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质的化学电源。当电池工作时，下列说法正确的是(　　)‎ A．电子的流动方向：M→Fe→CuSO4溶液→Cu→N B．M极电极反应式：H2N(CH2)2NH2＋16OH－－16e－===‎ ‎2CO2↑＋N2↑＋12H2O C．当N极消耗5.6 L O2时，则铁极增重32 g D．一段时间后，乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变 解析：根据甲中N极上O2转化为H2O，O2发生还原反应，知N极为正极，M极为负极，故电子的流动方向为M→Fe、Cu→N，电子不能通过电解质溶液，A项错误；根据乙二胺被氧化为环境友好物质，推知乙二胺转化为CO2、N2，故M极电极反应式为H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，B项错误；N极上发生反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，Fe极上发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，根据各电极上通过电荷量(或转移电子数)相等，可得关系式：O2～2Cu，当N极消耗标准状况下5.6 L O2时，铁极增加的质量为×2×64＝32 (g)，但题中没有说明O2所处的状况，C项错误；乙中Cu为阳极，Fe为阴极，原理为铁上镀铜，CuSO4溶液浓度基本保持不变，D项正确。‎ 答案：D ‎5．(2019·保定模拟)用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法不正确的是(　　)‎ A．X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极 B．阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ C．图中的b>a D．该过程中的产品主要为H2SO4和H2‎ 解析：根据Na＋和SO的移向可知Pt(Ⅰ)为阴极，反应为2H＋＋2e－===H2，Pt(Ⅱ)为阳极，反应为SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋。‎ 答案：B ‎6．(2019·临沂第十九中学月考)某校活动小组为探究金属腐蚀的相关原理，设计了如下图a所示装置，图a的铁棒末端分别连上一块Zn片和Cu片，并静置于含有K3[Fe(CN)6]及酚酞的混合凝胶上。一段时间后发现凝胶的某些区域(如下图b所示)发生了变化。已知：3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓(蓝色)。下列说法错误的是(　　)‎ A．甲区发生的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋‎ B．乙区产生Zn2＋‎ C．丙区呈现红色 D．丁区呈现蓝色 解析：铁棒末端连上Zn片时，Zn片端(乙区)作负极，乙区的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，因此乙区产生Zn2＋；铁棒另一端(甲区)‎ 作正极，甲区的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A错误、B正确。铁棒末端连上Cu片时，Cu片端(丙区)作正极，丙区的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，溶液呈碱性，酚酞变红；铁棒另一端(丁区)作负极，丁区的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，遇K3[Fe(CN)6]呈现蓝色，C、D正确。‎ 答案：A ‎7．(2019·安阳一模)为了减少钢管因锈蚀造成的损失，某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法错误的是(　　)‎ A．在潮湿的酸性土壤中，钢管主要发生析氢腐蚀 B．在潮湿的酸性土壤中，电子由金属棒M通过导线流向钢管 C．在潮湿的酸性土壤中，H＋向金属棒M移动，抑制H＋与铁的反应 D．金属棒M与钢管用导线连接后可使钢管表面的腐蚀电流接近于零 解析：在潮湿的酸性土壤中，钢管主要发生析氢腐蚀，A项正确；在潮湿的酸性土壤中，金属棒M为保护钢管，作负极，电子由负极通过导线流向正极钢管，B项正确；在潮湿的酸性土壤中，H＋向正极钢管移动，H＋在正极得电子产生氢气，C项错误；金属棒M与钢管用导线连接后保护埋在酸性土壤中的钢管，可使钢管表面的腐蚀电流接近于零，D项正确。‎ 答案：C ‎8．(2019·郑州模拟)一定条件下，高碳钢腐蚀快慢与溶液pH的关系如下表。下列说法错误的是(　　)‎ 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 FeO A．当pH<4时，碳钢主要发生析氢腐蚀 B．当pH>6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀 C．当pH>14时，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O 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：pH>14时，发生吸氧腐蚀，反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。‎ 答案：C 二、非选择题 ‎9．钢铁工业是国家工业的基础，钢铁生锈现象却随处可见，为此每年国家损失大量资金。请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。‎ ‎(1)钢铁的电化学腐蚀原理如图1所示：‎ 图1‎ ‎①写出石墨电极的电极反应式__________________________‎ ‎_____________________________________________________；‎ ‎②将该装置作简单修改即可成为钢铁电化学防护的装置，请在图1虚线框内所示位置作出修改，并用箭头标出导线中电子流动方向。‎ ‎③写出修改后石墨电极的电极反应式______________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(2)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如图2：‎ ‎　　　　　　　　　　　　　图2‎ ‎①A电极对应的金属是________(写元素名称)，B电极的电极反应式是______________________________________________。‎ ‎②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为________ mol。‎ ‎③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因_________________________________________________。‎ 解析：(1)在中性溶液中钢铁发生吸氧腐蚀，将虚线中改为直流电源，这属于外加电源的阴极保护法，外加电源后石墨电极为阳极，氯离子失电子生成氯气。(2)为在铁表面镀铜需将铁作阴极、铜作阳极，当析出1 mol铜时两电极的质量差为64＋64＝128 (g)，转移2 mol电子，当质量差为5.12 g，电路中通过的电子为0.08 mol；镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，因为镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀。‎ 答案：(1)①O2＋4e－＋2H2O===4OH－　②如图所示　③2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎(2)①铜　Cu2＋＋2e－===Cu　②0.08　③铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀(或其他合理答案)‎ ‎10．(2019·豫南九校联考)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Cr2O废水，如下图所示；电解过程中溶液发生反应：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===‎ ‎2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。‎ ‎(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Ⅱ是电池的________极；石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为___________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(2)工作时，甲池内的NO向________极移动(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”)；在相同条件下，消耗的O2和NO2的体积比为______。‎ ‎(3)乙池中Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为____________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎(4)若溶液中减少了0.01 mol Cr2O，则电路中至少转移了________mol电子。‎ ‎(5)向完全还原为Cr3＋的乙池工业废水中滴加NaOH溶液，可将铬以Cr(OH)3沉淀的形式除去，已知Cr(OH)3存在以下溶解平衡：Cr(OH)3(s)Cr3＋(aq)＋3OH－(aq)，常温下Cr(OH)3的溶度积Ksp＝c(Cr3＋)·c3(OH－)＝1.0×10－32，要使c(Cr3＋)降至10－5 mol·L－1，溶液的pH应调至________________________________________。‎ 解析：(1)根据图示知甲池为燃料电池，电池工作时，石墨Ⅰ附近NO2转变成N2O5，发生氧化反应，电极反应式为NO2＋NO－e－===N2O5；石墨Ⅱ是电池的正极，O2得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋2N2O5===4NO。(2)‎ 电池工作时，电解质溶液中的阴离子移向负极，即甲池内的NO向石墨Ⅰ极移动；根据两极的电极反应式NO2＋NO－e－===N2O5、O2＋4e－＋2N2O5===4NO，根据得失电子守恒知，在相同条件下，消耗O2和NO2的体积比为1∶4。(3)乙池为电解池，Fe(Ⅰ)棒为电解池的阳极，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋。(4)根据反应Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O知，若溶液中减少了0.01 mol Cr2O，则参加反应的Fe2＋为0.06 mol，根据电极反应：Fe－2e－===Fe2＋知电路中至少转移了0.12 mol电子。(5)常温下Cr(OH)3的溶度积Ksp＝c(Cr3＋)·c3(OH－)＝1.0×10－32，c(Cr3＋)＝10－5 mol·L－1，则c3(OH－)＝1.0×10－27，c(OH－)＝1.0×10－9 mol·L－1，c(H＋)＝10－5 mol·L－1，溶液的pH应调至5。‎ 答案：(1)正　NO2＋NO－e－===N2O5　(2)石墨Ⅰ　1∶4　‎ ‎(3)Fe－2e－===Fe2＋　(4)0.12　(5)5‎ ‎11．(2019·湖北八校联考)知识的梳理和感悟是有效学习的方法之一。某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题(显示的电极均为石墨)。‎ ‎(1)图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是________(填化学式)，U形管________(填“左”或“右”)边的溶液变红。‎ ‎(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，电解可制备“84”消毒液的有效成分，则c为电源的________极；该发生器中反应的总离子方程式为________________________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎(3)氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。该工艺的相关物质运输与转化关系如图3所示(其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过)。‎ ‎①燃料电池B中的电极反应式分别为：负极________________‎ ‎____________________________________________________，‎ 正极________________________________________________。‎ ‎②分析图3可知，氢氧化钠的质量分数为a%、b%、c%，由大到小的顺序为___________________________________________。‎ 解析：(1)图1中，根据电子流向知，左边电极是电解池阳极，右边电极是电解池阴极，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，所以气球a中气体是氯气，气球b中的气体是氢气，同时阴极附近有NaOH生成，溶液呈碱性，无色酚酞遇碱变红色，所以U形管右边溶液变红色。(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时阴极有NaOH生成，氯气和氢氧化钠反应生成NaClO，次氯酸钠具有漂白性，为了使反应更充分，则下边电极生成氯气，上边电极附近有NaOH生成，上边电极生成氢气，为阴极，则c为负极，d为正极，其电池反应式为Cl－＋H2OClO－＋H2↑。(3)①B是燃料电池，右边电池中通入空气，左边原电池中通入气体Y，则Y 是氢气，则电解池中左边电极是阳极，右边电极是阴极，阳极上氯离子放电，阴极上氢离子放电；燃料电池中通入氧化剂的电极是正极，通入氢气的电极是负极，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，负极、正极反应式分别为2H2－4e－＋4OH－===4H2O、O2＋4e－＋2H2O=== 4OH－。②图3电解池中加入NaOH目的是增大溶液导电性，通入电解池后生成氢氧化钠，所以加入的NaOH浓度小于出来的NaOH浓度；原电池中，正极上生成氢氧化钠，且其浓度大于加入的氢氧化钠，所以氢氧化钠浓度大小顺序是b%>a%>c%。‎ 答案：(1)H2　右　(2)负　Cl－＋H2OClO－＋H2↑‎ ‎(3)①2H2－4e－＋4OH－===4H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　‎ ‎②b%>a%>c%‎ ‎12．碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示：‎ ‎(1)溶液A的溶质是________________。‎ ‎(2)电解饱和食盐水的离子方程式是_______________________‎ ‎_______________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________。‎ ‎(3)电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2～3，用化学平衡移动原理解释盐酸的作用________________________________________‎ ‎_____________________________________________________‎ ‎____________________________________________________。‎ ‎(4)电解所用的盐水需精制。去除有影响的Ca2＋、Mg2＋、NH、SO[c(SO)＞c(Ca2＋)]。精致流程如下(淡盐水和溶液A来电解池)：‎ ‎①盐泥a除泥沙外，还含有的物质是______________；‎ ‎②过程Ⅰ中将NH转化为N2的离子方程式是______________‎ ‎____________________________________________________‎ ‎____________________________________________________；‎ ‎③BaSO4的溶解度比BaCO3的小，过程Ⅱ中除去的离子有____________。‎ 解析：(1)电解时在电极的作用下，溶液中的阳离子向阴极作定向运动，阴离子向阳极作定向运动，所以电解饱和食盐水时Na＋和 H＋向阴极运动并放电，但H＋比Na＋易得电子，所以H＋首先放电，方程式为2H＋＋2e－===H2↑。由于H＋是水电离出的，所以随着H＋的不断放电，就破坏了阴极周围水的电离平衡，OH－的浓度就逐渐增大，因此溶液A的溶质是NaOH。由于Cl－比OH－易失电子，所以在阳极上Cl－首先放电，方程式为2Cl－－2e－===Cl2↑。因此电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。(3)由于阳极上生成氯气，而氯气可溶于水，并发生下列反应Cl2＋H2OHCl＋HClO，根据平衡移动原理可知增大盐酸的浓度可使平衡向逆反应方向移动，减少氯气在水中的溶解，有利于氯气的溢出。(4)由于溶液中含有Mg2＋，所以用溶液A(即NaOH)调节溶液的pH时，会产生Mg(OH)2沉淀，即盐泥a中还含有Mg(OH)2；淡盐水中含有氯气，氯气具有强氧化性，可将NH氧化为N2，而氯气被还原成Cl－，方程式为2NH＋3Cl2＋8OH－===8H2O＋6Cl－＋N2↑；沉淀转化的实质就是沉淀溶解平衡的移动，一般说来，溶解度小的沉淀转化成溶解度更小的沉淀容易实现。由于BaSO4的溶解度比BaCO3的小，所以加入 BaCO3后，溶液中的SO就结合Ba2＋生成更难溶的BaSO4沉淀，同时溶液中还存在Ca2＋而CaCO3也属于难溶性物质，因此还会生成CaCO3沉淀。‎ 答案：(1)NaOH　(2)2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑　‎ ‎(3)氯气与水反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO，增大HCl的浓度可使平衡逆向移动，减少氯气在水中的溶解，有利于氯气的溢出。　‎ ‎(4)①Mg(OH)2‎ ‎②2NH＋3Cl2＋8OH－===8H2O＋6Cl－＋N2↑‎ ‎③SO、Ca2＋‎