2021高考化学一轮复习课时规范练8电解池金属的电化学腐蚀与防护含解析苏教版

2021高考化学一轮复习课时规范练8电解池金属的电化学腐蚀与防护含解析苏教版

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6小题,每小题8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 答案:B 解析:该装置是一个电解池,电解池是将电能转化为化学能的装置,A项正确;在电解池的阴极上发生二氧化碳得电子的还原反应,即CO2+8H++8e-CH4+2H2O,一段时间后,氢离子浓度减小,氢氧根离子浓度增大,氢氧根离子会和①池中的碳酸氢钾反应,所以n(KHCO3)会减小,B项错误;在电解池的阳极上,是阴离子(氢氧根离子)发生失电子的氧化反应,所以酸性增强,pH一定下降,C项正确;铜电极的电极反应式为CO2+8H++8e-CH4+2H2O,D项正确。‎ ‎2.(2019江苏)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)。‎ A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-Fe3+‎ B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀 答案:C 解析:在铁的电化学腐蚀中,铁单质失去电子转化为二价铁离子,即负极反应为Fe-2e-Fe2+,故A错误;铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能,还有一部分转化为热能,故B错误;活性炭与铁混合,‎ 8‎ 在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池,加速了铁的腐蚀,故C正确;以水代替氯化钠溶液,水呈中性,铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀,故D错误。‎ ‎3.(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 答案:C 解析: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。‎ ‎4.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 8‎ 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 答案:D 解析: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。‎ ‎5.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 答案:A 解析: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。‎ ‎6.(2019江苏宿迁中学高三模拟)一种新型生物电化学方法脱除水体中NH‎4‎‎+‎的原理如下图所示:‎ 下列说法正确的是(　　)。‎ A.装置工作时,化学能转变为电能 B.装置工作时,a极周围溶液pH降低 C.装置内工作温度越高,NH‎4‎‎+‎脱除率越大 8‎ D.电极b上发生的反应之一是2NO‎3‎‎-‎-2e-N2↑+3O2↑‎ 答案:B 解析:该装置是把电能转化为化学能,故A错误;a极为阳极,电极反应为NH‎4‎‎+‎+2H2O-6e-NO‎2‎‎-‎+8H+,所以a极周围溶液的pH减小,故B正确;该装置是在细菌作用下进行的,所以温度过高,会导致细菌死亡,NH‎4‎‎+‎脱除率会减小,故C错误;b极上反应式为2NO‎3‎‎-‎+12H++10e-N2+6H2O,故D错误。‎ 二、非选择题(本题共3个小题,共52分)‎ ‎7.(12分)甲烷和甲醇可以作燃料电池,具有广阔的开发和应用前景。回答下列问题:‎ ‎(1)甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图甲所示,通入a气体的电极是原电池的　　　(填“正”或“负”)极,其电极反应式为　 　　　　　　　　　　。 ‎ 甲 ‎(2)某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源,进行饱和氯化钠溶液电解实验,如图乙所示U形管中氯化钠溶液的体积为800 mL。闭合K后,若每个电池甲烷用量均为0.224 L(标准状况),且反应完全,则理论上通过电解池的电量为　　　　　　　　(法拉第常数F=9.65×104 C·mol-1),若产生的气体全部逸出,电解后溶液混合均匀,电解后U形管中溶液的pH为　　　　　。 ‎ 乙 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1molCH4~8mole-~8molNaOH,故若每个电池甲烷通入量为0.224L(标准状况),生成0.08molNaOH,c(NaOH)=‎0.08mol‎0.8L=0.1mol·L-1,pH=13;电解池通过的电量为‎0.224L‎22.4L·mol‎-1‎×8×9.65×104C·mol-1=7.72×103C(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)。‎ 8‎ ‎8.(20分)(1)用间接电化学法除去NO的过程,如图所示:‎ 已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间,写出阴极的电极反应式:　 　　　　　　　　　　。‎ 用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理:　 　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(2)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。‎ ‎①用石墨作电极,在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图所示),写出阳极产生ClO2的电极反应式:　 　　　　　　　　　 　 。 ‎ ‎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　　　　 mol;用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因:　 　　　　　　　　。‎ ‎(3)①钢铁锈蚀的图示如图a所示:‎ 用箭头表示出图a中电子的运动方向;请你分析高铁铁轨锈蚀的原因是　 　　　　　　　　　　。‎ 图a 图b ‎②我国的科技人员为了消除SO2的污染,变废为宝,利用原电池原理,设计由SO2和O2来制备硫酸。设计装置如图b所示,电极A、B为多孔的材料。‎ A极为　　　　(填“正极”或“负极”)。 ‎ B极的电极反应式是　 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　。 ‎ 8‎ 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‎0.112L‎22.4L·mol‎-1‎=0.005mol,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0.005mol×2=0.01mol,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+。‎ ‎9.(20分)如图所示的四个容器中分别盛有不同的溶液,除a、b外,其余电极均为石墨电极。甲为铅蓄电池,其工作原理为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,其两个电极的电极材料分别为PbO2和Pb。闭合K,发现g电极附近的溶液先变红,20 min后,将K断开,此时c、d两极上产生的气体体积相同。据此回答:‎ 8‎ ‎(1)a电极的电极材料是　　　　　(填“PbO2”或“Pb”)。 ‎ ‎(2)丙装置中发生电解的总反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(3)电解20 min时,停止电解,此时要使乙中溶液恢复到原来的状态,需要加入的物质及其物质的量是　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(4)20 min后将乙装置与其他装置断开,然后在c、d两极间连接上灵敏电流计,发现电流计指针偏转,则此时c电极为　　　　　极,d电极上发生反应的电极反应为　 　　　　　　　　　　。 ‎ ‎(5)电解后取a mL丁装置中的溶液,向其中逐滴加入等物质的量浓度的CH3COOH溶液,当加入b mL CH3COOH溶液时,混合溶液的pH恰好等于7(体积变化忽略不计)。已知CH3COOH的电离平衡常数为1.75×10-5,则ab=　　　。 ‎ 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;20min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xmol,则氢气也为xmol,生成的Cu为0.1L×1mol·L-1=0.1mol,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0.1mol氢气、0.1mol氧气和0.1molCu,若要使溶液恢复到原来的状态,需要加入0.1molCu(OH)2。‎ 8‎ ‎(4)20min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0.1mol氧气,转移电子为0.4mol,则丁中氯化钠全部被消耗,生成的氢氧化钠为0.2mol,其浓度为2mol·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+bmol·L-1,c(CH3COOH)=‎2mol·L‎-1‎×b×1‎0‎‎-3‎L‎(a+b)×1‎0‎‎-3‎L-c(CH3COO-)=‎2(b-a)‎a+bmol·L-1,Ka=c(CH‎3‎COO‎-‎)·c(H‎+‎)‎c(CH‎3‎COOH)‎=1.75×10-5,代入数值解得ab‎=‎‎175‎‎176‎。‎ 8‎