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  • 2021-07-02 发布

全国版2021高考化学一轮复习课时作业24电解池金属的电化学腐蚀与防护含解析

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课时作业(二十四) 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 ‎1.下列说法错误的是(  )‎ A.铁管镀锌层局部破损后,铁管仍不易生锈 B.铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性 C.钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀 D.若在海轮外壳上附着一些铜块,则可减缓海轮外壳的腐蚀 答案 D ‎2.下列各组中,每种电解质溶液用惰性电极电解时只生成氢气和氧气的一组是(  )‎ A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2    B.NaOH、CuSO4、H2SO4‎ C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2    D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2‎ 答案 C ‎3.(2019·山西孝义模拟)深埋在潮湿土壤中的铁管道,在硫酸盐还原菌作用下,能被硫酸根离子腐蚀,其电化学腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是(  )‎ A.铁管道发生的是吸氧腐蚀 B.输送暖气的管道也易发生此类腐蚀 C.这种情况下,土壤的pH增大 D.管道上刷富铜油漆可以延缓管道的腐蚀 C [由图可知,负极反应为Fe-2e-=Fe2+,正极反应为SO+5H2O+8e-===HS-+9OH-。A.铁道管的腐蚀过程中,氧气并未参与反应,所以不是吸氧腐蚀,故A错误;B.硫酸盐还原菌是蛋白质,在高温下易变性,失去催化效率,则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀,故B错误;C.由正负极的电极反应可知,铁道管腐蚀过程中,OH-浓度增大,土壤pH增大,故C正确;D.管道上刷富铜油漆,形成Cu—Fe原电池,Fe作为负极,可以加快管道的腐蚀, 故D错误。]‎ ‎4.电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是(  )‎ A.电解时以硫酸铜溶液作电解液,精铜作阳极 B.粗铜与电源负极相连,发生氧化反应 C.阴极上发生的反应是Cu2++2e-===Cu D.电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥 答案 C 8‎ ‎5.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(方括号内的物质),能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是(  )‎ A.AgNO3[AgNO3]    B.NaOH[H2O]‎ C.KCl[KCl]    D.CuSO4[Cu(OH)2]‎ B [A项:4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3,脱离反应体系的物质是4Ag+O2,相当于2Ag2O,加入适量Ag2O才能复原(加入AgNO3,会使NO的量增加);B项:2H2O2H2↑+O2↑,脱离反应体系的是2H2+O2,相当于2H2O,加入适量水可以复原;C项:2KCl+2H2O2KOH+H2↑+Cl2↑,脱离反应体系的是H2+Cl2,相当于2HCl,通入适量HCl气体才能复原(加入盐酸时,同时也增加了水);D项:2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑,脱离反应体系的是2Cu+O2,相当于2CuO,加入适量CuO可以复原。]‎ ‎6.(2019·山东临沂一模)Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理论设计的制取Cu2O的电解池示意图如下,电解总反应为2Cu+H2OCu2O+H2↑。下列说法正确的是(  )‎ A.石墨电极上产生氢气 B.铜电极发生还原反应 C.铜电极接直流电源的负极 D.当有0.1 mol电子转移时,有0.1 mol Cu2O生成 A [由电解总反应可知,Cu参加了反应,所以Cu作电解池的阳极,发生氧化反应,B选项错误;石墨作阴极,电极反应为2H++2e-===H2↑,A选项正确;阳极与电源的正极相连,C选项错误;阳极反应为2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O,当有0.1 mol电子转移时,有0.05 mol Cu2O生成,D选项错误。]‎ ‎7.(2019·北京东城区月考)利用如下实验探究铁钉在不同溶液中的吸氧腐蚀。‎ 实验装置 实验 编号 浸泡液 pH 氧气浓度随 时间的变化 ‎①‎ ‎1.0 ‎ mol/L NH4Cl ‎5‎ 8‎ ‎②‎ ‎0.5 ‎ mol/L ‎(NH4)2SO4‎ ‎5‎ ‎③‎ ‎1.0 ‎ mol/L NaCl ‎7‎ ‎④‎ ‎0.5 ‎ mol/L Na2SO4‎ ‎7‎ 下列说法不正确的是(  )‎ A.上述正极反应均为O2+4e-+2H2O=4OH-‎ B.在不同溶液中,Cl-是影响吸氧腐蚀速率的主要因素 C.向实验④中加入少量(NH4)2SO4固体,吸氧腐蚀速率加快 D.在300 min内,铁钉的平均吸氧腐蚀速率酸性溶液大于中性溶液 答案 B ‎8.(2019·北京朝阳区模拟)高铁酸钠(Na2FeO4)是具有紫色光泽的粉末,是一种高效绿色强氧化剂,碱性条件下稳定,可用于废水和生活用水的处理。实验室以石墨和铁钉为电极,以不同浓度的NaOH溶液为电解质溶液,控制一定电压电解制备高铁酸钠,电解装置和现象如下表。下列说法不正确的是(  )‎ c (NaOH)‎ 阴极现象 阳极现象 ‎1 mol·L-1‎ 产生无色 气体 产生无色气体,10 min内溶液颜色无明显变化 ‎10 mol·L-1‎ 产生大量 无色气体 产生大量无色气体,3 min后溶液变为浅紫红色,随后逐渐加深 ‎15 mol·L-1‎ 产生大量 无色气体 产生大量无色气体,1 min后溶液变为浅紫红色,随后逐渐加深 A.a为铁钉,b为石墨 B.阴极主要发生反应:2H2O+2e-===H2↑+2OH-‎ 8‎ C.高浓度的NaOH溶液有利于发生Fe-6e-+8OH-===FeO+4H2O D.制备Na2FeO4时,若用饱和NaCl溶液,可有效避免阳极产生气体 D [以石墨和铁钉为电极,用电解法制备Na2FeO4,Fe发生氧化反应,则铁钉为阳极,故a为铁钉,b为石墨,A正确。阴极上发生还原反应生成H2,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,B正确。由表中信息可知,c(NaOH)越大,阳极附近溶液变为浅紫红色的时间越短,则生成Na2FeO4的速率越快,故高浓度的NaOH溶液有利于发生反应:Fe+8OH--6e-===FeO+4H2O,C正确。若用饱和NaCl溶液,溶液中c(Cl-)较大,Cl-在阳极发生反应:2Cl--2e-===Cl2↑,则阳极上还产生气体Cl2,D错误。]‎ ‎9.(2018·山东师大附中三诊)甲、乙两个电解池均以Pt为电极且互相串联。甲池盛有AgNO3溶液,乙池盛有一定量的某盐溶液,通电一段时间后,测得甲池阴极质量增加2.16 g,乙池电极析出0.24 g金属,则乙池中溶质可能是(  )‎ A.CuSO4    B.MgSO4‎ C.Al(NO3)3    D.Na2SO4‎ A [Pt为惰性电极,电解各种盐溶液时,阳离子在阴极放电,阳离子的放电顺序为Cu2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+,乙池中的溶质若为MgSO4、Al(NO3)3或Na2SO4,电解过程中阴极不会析出金属,故乙池中的溶质只能为CuSO4。甲、乙两个电解池串联,通过各个电极的电子数相等。甲、乙两池的阴极分别发生的反应为2Ag++2e-===2Ag、Cu2++2e-===Cu,则存在关系式:2Ag~2e-~Cu,n(Cu)= n(Ag)=×=0.01 mol,故乙池中析出金属Cu的质量为m(Cu)=0.01 mol×64 g·mol-1=0.64 g,但实际上仅析出0.24 g Cu,这说明CuSO4的量不足,还发生反应:2H++2e-===H2↑。]‎ ‎10.(2019·云南昆明质检)铈(Ce)是镧系金属元素。空气污染物NO通常用含Ce4+的溶液吸收,生成HNO2、NO,再利用电解法将上述吸收液中的HNO2转化为无毒物质,同时生成Ce4+,其原理如图所示。下列说法正确的是 (  )‎ A.H+由右室进入左室 B.Ce4+从电解槽的c口流出,且可循环使用 C.阴极的电极反应式:2HNO2+6H++6e-===N2↑+4H2O D.若用甲烷燃料电池作为电源,当消耗标准状况下33.6L甲烷时,理论上可转化HNO2 2 mol 8‎ C [A.根据电解原理,H+由左室向右室移动,错误;B.空气污染物NO通常用含Ce4+溶液吸收,生成HNO2、NO,N的化合价升高,Ce4+的化合价降低,然后对此溶液进行电解,又产生Ce4+,根据电解原理,应在阳极上产生,即Ce4+从a口流出,可循环使用,错误;C.根据电解原理,阴极上得电子,化合价降低,HNO2转化为无毒物质,即转化为N2,阴极电极反应式为2HNO2+6H++6e-===N2↑+4H2O,正确;D.33.6 L甲烷参与反应转移电子物质的量为33.6×8/22.4 mol=12 mol,理论上可转化HNO2的物质的量为12×2/6 mol=4 mol,错误。]‎ ‎11.采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法。下图是利用此法制备ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法中正确的是(  )‎ A.Zn与电源的负极相连 B.ZnC2O4在交换膜右侧生成 C.电解的总反应为2CO2+ZnZnC2O4‎ D.通入11.2 L CO2时,转移0.5 mol电子 C [电解过程中Zn被氧化,作阳极,所以Zn与电源的正极相连,A错误;Zn2+透过阳离子交换膜到达左侧与生成的C2O形成ZnC2O4,B错误;没有给出气体所处的温度和压强,D错误。]‎ ‎12.按照要求回答下列问题。‎ ‎(1)电解制取KIO3的工业生产中,电解前先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液,溶解时发生反应:3I2+6KOH===5KI+KIO3+3H2O,将该溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区,电解槽用水冷却。电解时,阳极上发生反应的电极反应式为________________________;电解过程中阴极附近溶液pH______(填“变大”“变小”或“不变”)。‎ 解析 阳极附近的阴离子有碘离子、碘酸根离子和氢氧根离子,电解过程中阳极上碘离子失去电子生成碘酸根离子,电极方程式为I-+6OH--6e-===IO+3H2O(或2I--2e-===I2);阴极上氢离子放电生成氢气,所以阴极附近破坏水的电离平衡,溶液中的氢氧根离子浓度增大,pH变大。‎ 答案 I-+6OH--6e-===IO+3H2O(或2I--2e-===I2) 变大 ‎(2)工业上,在强碱性条件下用电解法除去废水中的CN-,装置如图所示,依次发生的反应有:‎ 8‎ ⅰ.CN--2e-+2OH-===CNO-+H2O ⅱ.2Cl--2e-===Cl2↑‎ ⅲ.3Cl2+2CNO-+8OH-===N2+6Cl-+2CO+4H2O ‎①a为电源____极 ‎②通电过程中溶液pH不断______(填“增大”“减下”或“不变”)。‎ ‎③除去1 mol CN-,外电路中至少需要转移______ mol电子。‎ ‎④为了使电解池连续工作,需要不断补充__________。‎ 解析 ①电解时铁电极作阴极,则b为电源负极,a为电源正极;②阴极反应式为:2H2O+2e-===2OH-+H2↑,根据反应ⅰ、ⅱ、ⅲ及阴极反应式可知,通电过程中消耗OH-的量大于生成OH-的量,故溶液pH不断减小;③反应ⅰ转移2e-,反应ⅲ转移6e-,故除去1 mol CN-,外电路中至少需要转移2 mol+×6 mol=5 mol电子;④通电过程中OH-不断被消耗,且有部分Cl2逸出,为了使电解池连续工作,需要不断补充NaOH和NaCl。‎ 答案 ①正 ②增大 ③5 ④NaOH和NaCl ‎(3)NaClO2是重要的消毒剂和漂白剂,可用如图所示装置制备。‎ ‎①b为电源______极。‎ ‎②电极D的反应式为__________________。‎ ‎③电极E上生成标准状况下22.4 L气体时,理论上阴极区溶液质量增加____ g。‎ 解析 ① 由装置图知,电极D上发生ClO2得电子生成ClO的还原反应,则电极D为阴极,a为电源的负极,b为电源正极;②结合①项分析知,电极D(阴极)发生反应:ClO2+e-===ClO;③ 在电极E上生成标准状况下22.4 L Cl2时,转移电子2 mol,则阴极区有2 mol ClO2转化为ClO,溶液质量增加135 g,同时还有2 mol Na+移向阴极,导致溶液增重46‎ 8‎ ‎ g,故阴极区溶液质量增加181 g。‎ 答案 ①正 ②ClO2+e-===ClO ③181‎ ‎(4)利用如图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2,并用阴极排出的溶液吸收NO2来解决环境污染问题。‎ ‎①阴极的电极反应式为:________________________________________________________________________‎ ‎________________;‎ ‎②阳极的电极反应式为:________________________________________________________________________‎ ‎________________;‎ ‎③电解时,H+通过阳离子交换膜的方向是__________________。‎ 解析 由图中信息可知,两电极连接在直流电源上,所以该装置为电解池;二氧化硫被氧化为硫酸,而HSO被还原为S2O。根据电解原理,阳极上发生氧化反应而阴极上发生还原反应,所以通入二氧化硫的为阳极室,另一侧为阴极室,所以a连接电源的正极,b连接电源的负极,电解池中一般溶液中的阳离子向阴极定向移动,而阴离子向阳极定向移动,但是由于电解池使用了阳离子交换膜,所以只有阳离子H+才可以从阳极室通过阳离子交换膜向阴极室移动。‎ 答案 ①2HSO+2H++2e-===S2O+2H2O ②SO2+2H2O-2e-===SO+4H+ ③由阳极室到阴极室 ‎(5)用NaOH溶液吸收烟气中的SO2,将所得的Na2SO3溶液进行电解,可循环再生NaOH,同时得到H2SO4,其原理如下图所示(电极材料为石墨)。‎ ‎①图中a极要连接电源的______(填“正”或“负”)极,C口流出的物质是________。‎ ‎②SO放电的电极反应式为________________________。‎ 8‎ ‎③电解过程中阴极区碱性明显增强,用平衡移动原理解释原因:________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析 根据Na+、SO的移向判断阴、阳极。Na+移向阴极区,a极应接电源负极,b极应接电源正极,其电极反应式分别为 阳极:SO-2e-+H2O===SO+2H+‎ 阴极:2H2O+2e-===H2↑+2OH-‎ 所以从C口流出的是H2SO4,在阴极区,由于H+放电,破坏水的电离平衡,c(H+)减小,c(OH-)增大,生成NaOH,碱性增强,从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。‎ 答案 ①负 硫酸 ‎②SO-2e-+H2O===SO+2H+‎ ‎③H2OH++OH-,在阴极H+放电生成H2,c(H+)减小,水的电离平衡正向移动,碱性增强 8‎

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