2021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

2021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

考点规范练18　‎ 电解池　金属的电化学腐蚀与防护 ‎(时间:45分钟　满分:100分)‎ ‎　考点规范练第36页　 ‎ 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.下列与金属腐蚀有关的说法,正确的是(　　)。‎ A.图1中,铁钉易被腐蚀 B.图2中,滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液,没有蓝色沉淀出现 C.图3中,燃气灶的中心部位容易生锈,主要是由于高温下铁发生化学腐蚀 D.图4中,用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,镁块相当于原电池的正极 答案:C 解析:A项,图1中,铁钉处于干燥环境,不易被腐蚀;B项,负极反应为Fe-2e-Fe2+,Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应生成Fe3[Fe(CN)6]2蓝色沉淀;D项为牺牲阳极的阴极保护法,镁块相当于原电池的负极。‎ ‎2.为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示装置,下列有关说法中错误的是(　　)。‎ A.正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-‎ B.将石墨电极改成Mg电极,难以观察到铁锈生成 C.若向自来水中加入少量NaCl(s),可较快地看到铁锈 D.分别向铁、石墨电极附近吹入O2,前者铁锈出现较快 答案:D 解析:铁是负极,失电子被氧化成Fe2+,在正极氧气得电子发生还原反应生成OH-,故将氧气吹向石墨电极,铁锈出现得更快,A项正确、D项错误;若将石墨电极换成Mg电极,则负极为Mg,Fe被保护,难以看到铁生锈,B项正确;向自来水中加入NaCl(s),可使电解质溶液的导电能力增强,加快腐蚀速率,C项正确。‎ ‎3.普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质,利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的是(　　)。‎ A.电极a为粗铜,电极b为精铜 B.甲膜为过滤膜,可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区 C.乙膜为阴离子交换膜,可阻止杂质阳离子进入阴极区 D.当电路中通过1 mol电子时,可生成32 g精铜 答案:D 解析:由题意结合电解原理可知,电极a是阴极,为精铜,电极b是阳极,为粗铜,A项错误;甲膜为阴离子交换膜,可阻止杂质阳离子进入阴极区,B项错误;乙膜为过滤膜,可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区,C项错误;当电路中通过1 mol电子时,可生成0.5 mol精铜,其质量为32 g,D项正确。‎ ‎4.关于下列装置的说法中正确的是(　　)。‎ A.装置①中,盐桥中的K+移向ZnSO4溶液一端 B.装置②工作一段时间后,a极附近溶液的pH增大 C.用装置③精炼铜时,c极为粗铜 D.装置④中电子在外电路由Zn流向Fe,装置中有Fe2+生成 答案:B 解析:在装置①中,金属锌是负极,金属铜是正极,盐桥中的K+移向CuSO4溶液一端,故A项错误;装置②是电解池,阴极上是氢离子得电子发生还原反应,氢离子浓度减小,所以a极附近溶液的pH增大,故B项正确;电解精炼铜时,电解池的阳极是粗铜,阴极是精铜,即c极为精铜,故C项错误;在装置④中,金属锌是负极,金属铁是正极,电子在外电路从负极Zn流向正极Fe,装置中铁电极上会产生氢气,故D项错误。‎ ‎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 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。‎ ‎6.高铁酸盐(如Na2FeO4)已经被广泛应用在水处理方面,以铁基材料为阳极,在高浓度强碱溶液中利用电解的方式可以制备高铁酸盐,装置如图。下列说法不正确的是(　　)。‎ A.a为阳极,电极反应式为Fe+8OH--6e-FeO‎4‎‎2-‎+4H2O B.为防止高铁酸根扩散被还原,则离子交换膜为阳离子交换膜 C.在电解过程中溶液中的阳离子向a极移动 D.铁电极上有少量气体产生的原因可能是4OH--4e-O2↑+2H2O 答案:C 解析:铁基材料为阳极,在高浓度强碱溶液中利用电解的方式可以制备高铁酸盐,所以该装置中铁是阳极,电极反应式为Fe+8OH--6e-FeO‎4‎‎2-‎+4H2O,A项正确;阳离子交换膜可以阻止FeO‎4‎‎2-‎进入阴极区域,B项正确;在电解过程中溶液中的阳离子向阴极移动,所以阳离子向b极移动,C项错误;铁电极上发生氧化反应,所以生成的气体可能是氧气,电极反应式是4OH--4e-O2↑+2H2O,D项正确。‎ ‎7.一种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+‎脱除率一定越大 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,A项错误;a极为阳极,电极反应为NH‎4‎‎+‎+2H2O-6e-NO‎2‎‎-‎+8H+或NH‎4‎‎+‎+3H2O-8e-NO‎3‎‎-‎+10H+,所以a极周围溶液的pH减小,B项正确;该装置是在细菌生物作用下进行的,所以温度过高,会导致细菌死亡,NH‎4‎‎+‎脱除率会减小,C项错误;b极上的电极反应式为2NO‎2‎‎-‎+8H++6e-N2↑+4H2O或2NO‎3‎‎-‎+12H++10e-N2↑+6H2O,D项错误。‎ ‎8.将等物质的量浓度的Cu(NO3)2和KCl溶液等体积混合后,用石墨电极进行电解,电解过程中,溶液pH随时间t变化的曲线如图所示,则下列说法错误的是(　　)。‎ A.AB段阳极只产生Cl2,阴极只产生Cu B.BC段表示在阴极上是H+放电产生了H2‎ C.CD段相当于电解水 D.阳极先析出Cl2,后析出O2,阴极先产生Cu,后析出H2‎ 答案:B 解析:设Cu(NO3)2和KCl的物质的量各为n mol,在AB段,阳极发生反应2Cl--2e-Cl2↑,阴极发生反应Cu2++2e-Cu,阳极n mol氯离子失n mol电子,阴极上‎1‎‎2‎n mol铜离子得n mol 电子,由于混合后的溶液呈酸性,铜离子浓度逐渐减小,溶液pH逐渐增大,A项正确;在BC段,阳极发生反应2H2O-4e-4H++O2↑,阴极发生反应Cu2++2e-Cu,阴极上‎1‎‎2‎n mol 铜离子再得n mol电子,溶液中氢离子浓度增大,溶液的pH迅速减小,B项错误;在CD段,阳极发生反应4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极发生反应2H++2e-H2↑,实质是电解水,溶液中氢离子浓度逐渐增大,pH减小,C项正确;由上述分析可知,阳极先析出Cl2,后析出O2,阴极先产生Cu,后析出H2,D项正确。‎ 二、非选择题(本题共3个小题,共52分)‎ ‎9.(12分)如图所示3套实验装置,分别回答下列问题。‎ ‎(1)装置1为铁的吸氧腐蚀实验。一段时间后,向插入铁钉的玻璃筒内滴入K3[Fe(CN)6]溶液,即可观察到铁钉附近的溶液出现蓝色沉淀,表明铁被　　　　(填“氧化”或“还原”);向插入石墨电极的玻璃筒内滴入酚酞溶液,可观察到石墨电极附近的溶液变红,该电极反应式为　 。 ‎ ‎(2)装置2中的石墨作　　　(填“正”或“负”)极,该装置发生的总反应的离子方程式为　　　　　　　。‎ ‎(3)装置3中甲烧杯盛放100 mL 0.2 mol·L-1的氯化钠溶液,乙烧杯盛放100 mL 0.5 mol·L-1的硫酸铜溶液。反应一段时间后,停止通电。向甲烧杯中滴入几滴酚酞溶液,观察到石墨电极附近溶液首先变红。‎ ‎①电源的M端为　　　　极;甲烧杯中铁极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　。‎ ‎②乙烧杯中电解反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎③停止通电后,取出Cu电极,洗涤、干燥、称量,电极增重0.64 g,甲烧杯中产生的气体在标准状况下的体积为　　　　 mL。 ‎ 答案:(1)氧化　O2+2H2O+4e-4OH-‎ ‎(2)正　Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+‎ ‎(3)①正　Fe-2e-Fe2+　②2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+　③224‎ 解析:(1)铁发生吸氧腐蚀,铁被氧化生成Fe2+,正极发生还原反应,氧气得到电子被还原生成OH-,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-。(2)铜可被Fe3+氧化,发生反应Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+,形成原电池时,铜为负极,发生氧化反应,石墨电极为正极。(3)由题意知,甲池中石墨电极为阴极,则铁极为阳极,乙池中铜作阴极,石墨电极作阳极。①铁极为阳极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,则M端为正极;②乙 烧杯中用铜作阴极、石墨电极作阳极来电解硫酸铜溶液,阳极上氢氧根离子放电生成氧气,阴极上铜离子放电析出铜,电解方程式为2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+;③取出Cu电极,洗涤、干燥、称量,电极增重0.64 g,则生成Cu的物质的量为‎0.64 g‎64 g·mol‎-1‎=0.01 mol,转移电子的物质的量为0.01 mol×2=0.02 mol,甲烧杯中,阳极铁被氧化,阴极产生氢气,‎ ‎2H2O+2e-2OH-+H2↑‎ ‎2 mol 22.4 L ‎0.02 mol V V=‎22.4 L×0.02mol‎2mol=0.224 L,即224 mL。‎ ‎10.(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　。 ‎ 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-+2H2O-5e-ClO2↑+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与O2反应来制备硫酸,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.(20分)铬是常见的过渡金属之一,研究铬的性质具有重要意义。‎ ‎(1)在如图装置中,观察到装置甲中铜电极上产生大量的无色气体;而装置乙中铜电极上无气体产生,铬电极上产生大量红棕色气体。由此可得到的结论是  　 。 ‎ ‎(2)工业上使用右图装置,采用石墨作电极电解Na2CrO4溶液,使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7,其转化原理为   　 。 ‎ ‎(3)CrO3和K2Cr2O7均易溶于水,它们是工业废水造成铬污染的主要原因。要将Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)常见的处理方法是电解法。‎ 将含Cr2O‎7‎‎2-‎的废水通入电解槽内,用铁作阳极,在酸性环境中,加入适量的NaCl进行电解,使阳极生成的Fe2+与Cr2O‎7‎‎2-‎发生反应,其离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。阴极上Cr2O‎7‎‎2-‎、H+、Fe3+都可能放电。若Cr2O‎7‎‎2-‎放电,则阴极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　;若H+放电,则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,已知:常温下,Cr3+Cr(OH)3CrO‎2‎‎-‎,则阴极区溶液pH的范围为　　　　　　　　　。 ‎ 答案:(1)由装置甲中现象知铬的金属活动性比铜强;由装置乙中现象知常温下铬在浓硝酸中钝化 ‎(2)阳极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O,使c(H+)增大,从而导致反应2CrO‎4‎‎2-‎+2H+Cr2O‎7‎‎2-‎+H2O发生 ‎(3)Cr2O‎7‎‎2-‎+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O　Cr2O‎7‎‎2-‎+14H++6e-2Cr3++7H2O　8pH>8)‎ 解析:(1)由装置甲中现象知铬的金属活动性比铜强;由装置乙中现象知常温下铬在浓硝酸中钝化。‎ ‎(3)阳极生成的Fe2+与Cr2O‎7‎‎2-‎发生反应,其离子方程式为Cr2O‎7‎‎2-‎+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O。若Cr2O‎7‎‎2-‎放电,则阴极的电极反应式为Cr2O‎7‎‎2-‎+14H++6e-2Cr3++7H2O;若H+放电,则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,根据题意,若生成Cr(OH)3,则10-6 mol·L-1

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