2023屆一輪專題練習(xí)（18）電解池 金屬的腐蝕與防護(hù)

第9頁(yè)共SECTIONPAGES9頁(yè)2022屆一輪專題(十八)電解池金屬的腐蝕與防護(hù)一、選擇題1．(2021·重慶模擬)用鐵和石墨作電極電解酸性廢水，可將廢水中的POeq\o\al(3－,4)以FePO4(不溶于水)的形式除去，其裝置如圖所示。下列說法正確的是()A．若X、Y電極材料連接反了，則仍可將廢水中的POeq\o\al(3－,4)除去B．X極為石墨，該電極上發(fā)生氧化反應(yīng)C．電解過程中Y極周圍溶液的pH減小D．電解時(shí)廢水會(huì)發(fā)生反應(yīng)：4Fe2＋＋O2＋4H＋＋4POeq\o\al(3－,4)=4FePO4↓＋2H2O解析：根據(jù)題意分析，X電極材料為鐵，Y電極材料為石墨，若X、Y電極材料連接反了，鐵就不能失電子變?yōu)殡x子，也就不能生成FePO4，A項(xiàng)錯(cuò)誤；Y電極材料為石墨，該電極發(fā)生還原反應(yīng)，B項(xiàng)錯(cuò)誤；電解過程中Y電極上發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－=H2↑，氫離子濃度減小，溶液的pH變大，C項(xiàng)錯(cuò)誤；鐵在陽(yáng)極失電子變?yōu)镕e2＋，通入的氧氣把Fe2＋氧化為Fe3＋，F(xiàn)e3＋與POeq\o\al(3－,4)反應(yīng)生成FePO4，D項(xiàng)正確。答案：D2．利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。下列說法正確的是()A．氯堿工業(yè)中，X電極上的反應(yīng)式是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑B．電解精煉銅時(shí)，Z溶液中的Cu2＋濃度不變C．在鐵片上鍍銅時(shí)，Y是純銅D．制取金屬鎂時(shí)，Z是熔融的氯化鎂解析：氯堿工業(yè)中陽(yáng)極是Cl－放電生成Cl2，A錯(cuò)誤；電解精煉銅時(shí)陽(yáng)極上粗銅溶解，陰極上Cu2＋放電析出Cu，由于粗銅中含有鋅、鐵、鎳等雜質(zhì)，電解質(zhì)溶液中Cu2＋濃度變小，B錯(cuò)誤；鐵片上鍍銅時(shí)，陰極應(yīng)該是鐵片，陽(yáng)極是純銅，C錯(cuò)誤。答案：D3．(2021·凌源市月考)化學(xué)用語(yǔ)是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要工具，下列用來表示物質(zhì)變化的化學(xué)用語(yǔ)中正確的是()A．氫氧燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e－=4OH－B．鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的正極反應(yīng)式：Fe－2e－=Fe2＋C．粗銅精煉時(shí)，與電源正極相連的是純銅，電極反應(yīng)式：Cu－2e－=Cu2＋D．鉛蓄電池充電時(shí)，標(biāo)示“＋”的接線柱連電源的正極，電極反應(yīng)式：PbSO4(s)－2e－＋2H2O(l)=PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)解析：酸性氫氧燃料電池中，負(fù)極上燃料失電子生成氫離子，負(fù)極反應(yīng)式為H2－2e－=2H＋，A錯(cuò)誤；鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，負(fù)極上鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋，B錯(cuò)誤；粗銅精煉時(shí)，與電源正極相連的是陽(yáng)極，所以是粗銅，而不是純銅，電極反應(yīng)式為Cu－2e－=Cu2＋，C錯(cuò)誤；鉛蓄電池充電時(shí)，標(biāo)示“＋”的接線柱連電源的正極作陽(yáng)極，陽(yáng)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為：PbSO4(s)－2e－＋2H2O(l)=PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)，D正確。答案：D4．(2021·遼寧沈陽(yáng)一模)氯堿工業(yè)的原理改進(jìn)方法如圖，該法分兩個(gè)階段進(jìn)行。下列說法中錯(cuò)誤的是()A．在階段I中，電源a為正極、b為負(fù)極B．階段Ⅱ中陰極反應(yīng)：Na0.44－xMnO2＋xe－＋xNa＋=Na0.44MnO2C．比傳統(tǒng)氯堿工業(yè)減少了陽(yáng)離子交換膜，避免氫氣和氯氣混合，便于NaOH提純D．階段Ⅰ、Ⅱ的反應(yīng)不能都在飽和食鹽水的條件下進(jìn)行解析：電解池陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)(或陰極發(fā)生還原反應(yīng))，階段Ⅰ中陰極H2O→H2：得到電子、發(fā)生還原反應(yīng)(或陽(yáng)極Na0.44MnO2→Na0.44－xMnO2：失去電子、發(fā)生氧化反應(yīng))，所以電源a為負(fù)極、b為正極，A錯(cuò)誤；階段Ⅱ中陰極發(fā)生還原反應(yīng)，并且Na0.44－xMnO2→Na0.44MnO2，結(jié)合守恒規(guī)律得到電極反應(yīng)式為Na0.44－xMnO2＋xe－＋xNa＋=Na0.44MnO2,B正確；階段Ⅰ中陰極生成H2，階段Ⅱ中陽(yáng)極生成Cl2，避免氫氣和氯氣直接混合發(fā)生爆炸，更有利于NaCl和NaOH的分離，C正確；Cl－的放電性強(qiáng)，階段Ⅰ電解NaOH溶液避免了Cl－的放電，也減少了陽(yáng)離子交換膜，階段Ⅱ電解飽和食鹽水，使Cl－的放電性增強(qiáng)，陰極得到Na0.44MnO2，能循環(huán)使用，D正確。答案：A5．(2021·江蘇蘇北四市一模)兩種金屬接觸時(shí)，接觸部位會(huì)發(fā)生“電偶腐蝕”。金屬鐵和銅在自來水和海水中，相同時(shí)間發(fā)生的腐蝕情況如圖。下列有關(guān)說法正確的是()A．甲圖中的介質(zhì)為海水B．腐蝕過程中電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C．鐵電極反應(yīng)式為Fe－3e－=Fe3＋D．若在金屬表面涂油漆，可以減弱鐵的腐蝕解析：甲圖的介質(zhì)為自來水，A錯(cuò)誤；甲和乙均形成了原電池，均發(fā)生了金屬的電化學(xué)腐蝕，故將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，B錯(cuò)誤；在甲和乙中，鐵和銅均形成原電池，鐵均作負(fù)極失電子變?yōu)镕e2＋，故電極反應(yīng)為Fe－2e－=Fe2＋，C錯(cuò)誤；在金屬表面涂漆，可以隔絕空氣，可以減弱鐵的腐蝕，D正確。答案：D6．(2021·廣西南寧一模)碳鋼廣泛應(yīng)用在石油化工設(shè)備管道等領(lǐng)域，隨著深層石油天然氣的開采，石油和天然氣中含有的CO2及水引起的腐蝕問題(俗稱二氧化碳腐蝕)引起了廣泛關(guān)注。深井中二氧化碳腐蝕的主要過程如下所示：負(fù)極：Fe(s)＋2HCOeq\o\al(－,3)(aq)－2e－=FeCO3(s)＋H2CO3(aq)(主要)正極：2H2CO3(aq)＋2e－=H2↑＋2HCOeq\o\al(－,3)(aq)(主要)下列說法不正確的是()A．鋼鐵在CO2水溶液中的腐蝕總反應(yīng)可表示為CO2＋H2O＋Fe=FeCO3＋H2↑B．深井中二氧化碳對(duì)碳鋼的腐蝕主要為化學(xué)腐蝕C．碳鋼管道在深井中的腐蝕與油氣層中鹽份含量有關(guān)，鹽份含量高腐蝕速率會(huì)加快D．腐蝕過程表明含有CO2的溶液腐蝕性比相同pH值的HCl溶液腐蝕性更強(qiáng)解析：深井中二氧化碳腐蝕的主要過程的電極反應(yīng)式：負(fù)極：Fe(s)＋2HCOeq\o\al(－,3)(aq)－2e－=FeCO3(s)＋H2CO3(aq)；正極：2H2CO3(aq)＋2e－=H2↑＋2HCOeq\o\al(－,3)(aq)；故總反應(yīng)可表示為CO2＋H2O＋Fe=FeCO3＋H2↑，A正確；深井中二氧化碳對(duì)碳鋼的腐蝕涉及原電池原理，故主要為電化學(xué)腐蝕，不是化學(xué)腐蝕，B錯(cuò)誤；碳鋼管道在深井中的腐蝕與油氣層中鹽份含量有關(guān)，鹽份含量高，溶液中離子濃度增大，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，腐蝕速率會(huì)加快，C正確；碳酸是弱酸，鹽酸是強(qiáng)酸，等pH值的CO2的溶液與HCl溶液相比，H2CO3(aq)的濃度要大的多，故腐蝕性比相同pH值的HCl溶液腐蝕性更強(qiáng)，D正確。答案：B7．(2021·重慶模擬)氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(jié)能30%以上，工作原理如圖所示，其中各電極未標(biāo)出。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是()A．A池中右邊加入NaOH溶液的目的是增大溶液的導(dǎo)電性B．兩池工作時(shí)收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體X為2.24L，則理論上此時(shí)充入標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣(不考慮去除CO2的體積變化)的體積約為5.6LC．A為陽(yáng)離子交換膜、B為陰離子交換膜D．氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從大到小的順序?yàn)閎%＞a%＞c%解析：B是燃料電池，電池右邊通入空氣(除去CO2)，右邊電極為正極，左邊通入氣體Y，左邊電極為負(fù)極；A是電解池，右邊電極是陰極，陰極上氫離子放電產(chǎn)生氫氣，Y是H2，左邊電極是陽(yáng)極，陽(yáng)極上氯離子放電產(chǎn)生氯氣，則X是Cl2。精制飽和NaCl溶液從A池的左邊(陽(yáng)極區(qū))充入，A池的右邊(陰極區(qū))加入NaOH溶液的目的是增大溶液的導(dǎo)電性，A正確；根據(jù)得失電子守恒可得關(guān)系式：2Cl2～2H2～O2，n(O2)＝0.5n(Cl2)＝0.05mol，所以n(空氣)＝5n(O2)＝0.25mol，則V(空氣)＝0.25mol×22.4L/mol＝5.6L,B正確；A池中兩極反應(yīng)分別為2Cl－－2e－=Cl2↑、2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，Na＋應(yīng)從左邊移動(dòng)到右邊，即A池中的離子膜為陽(yáng)離子交換膜；B池中兩極反應(yīng)分別為2H2－4e－＋4OH－=4H2O，O2＋4e＋2H2O=4OH－，Na＋應(yīng)從左邊移動(dòng)到右邊，即B池中的離子膜為陽(yáng)離子交換膜，C錯(cuò)誤；A池的陰極區(qū)進(jìn)來c%NaOH溶液，出去a%NaOH溶液，由于電解過程中會(huì)生成氫氧化鈉且消耗H2O，故a%＞c%；B池的正極區(qū)進(jìn)來a%NaOH溶液，出去b%NaOH溶液，由于反應(yīng)過程中會(huì)生成氫氧化鈉且消耗H2O，故b%＞a%，所以氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的大小順序是b%＞a%＞c%,D正確。答案：C8．(2021·山東煙臺(tái)一模)相同金屬在其不同濃度鹽溶液中可形成濃差電池。如圖所示裝置是利用濃差電池電解Na2SO4溶液(a、b電極均為石墨電極)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列說法不正確的是()A．a(chǎn)電極的電極反應(yīng)為4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－B．c、d離子交換膜依次為陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜C．電池放電過程中，Cu(l)電極上的電極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=CuD．電池從開始工作到停止放電，電解池理論上可制得320gNaOH解析：電解槽中a電極為陰極，水發(fā)生得電子的還原反應(yīng)生成氫氣，電極反應(yīng)為4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－，A正確；a電極為陰極、b電極為陽(yáng)極，陽(yáng)極反應(yīng)為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，陰極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，則a極附近生成NaOH、b極附近生成H2SO4，所以鈉離子通過離子交換膜c生成NaOH，則c為陽(yáng)離子交換膜，硫酸根離子通過離子交換膜d生成硫酸，則d為陰離子交換膜，B正確；濃差電池中，Cu(1)電極為正極，正極上Cu2＋得電子生成Cu，電極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=Cu,C正確；電池從開始工作到停止放電，溶液中Cu2＋濃度變?yōu)?.5mol/L，正極析出Cu：(2.5－1.5)mol/L×2L＝2mol，正極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=Cu，陰極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，根據(jù)電子守恒有Cu～2e－～2NaOH，電解池理論上生成NaOH的物質(zhì)的量n(NaOH)＝2n(Cu)＝4mol，則m(NaOH)＝nM＝4mol×40g/mol＝160g,D錯(cuò)誤。答案：D9．(2021·江西模擬)已知：鋰硫電池的總反應(yīng)為2Li＋xS=Li2Sx。以鋰硫電池為電源，通過電解含(NH4)2SO4的廢水制備硫酸和化肥的示意圖如圖(不考慮其他雜質(zhì)離子的反應(yīng))。下列說法正確的是()A．b為電源的正極B．每消耗32g硫，理論上導(dǎo)線中一定通過2mole－C．N室的電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋D．SOeq\o\al(2－,4)通過陰膜由原料室移向M室解析：以鋰硫電池為電源，通過電解含(NH4)2SO4的廢水制備硫酸和化肥，M區(qū)得到硫酸說明是氫氧根離子放電，電極為陽(yáng)極，a為正極，b為負(fù)極，A錯(cuò)誤；2Li＋xS=Li2Sx，反應(yīng)過程中消耗xmolS，電子轉(zhuǎn)移2e－，每消耗32g硫，理論上導(dǎo)線中一定通過eq\f(2,x)mole－，B錯(cuò)誤；N室的電極反應(yīng)是溶液中氫離子放電生成氫氣，不是氫氧根離子放電，C錯(cuò)誤；電解池中陰離子移向陽(yáng)極，SOeq\o\al(2－,4)通過陰膜由原料室移向M室，D正確。答案：D10．(2021·湖北模擬)我國(guó)某科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型能量存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)化裝置(如圖所示)，閉合K2、斷開K1時(shí)，制氫并儲(chǔ)能。下列說法正確的是()A．制氫時(shí)，X電極附近pH增大B．?dāng)嚅_K2、閉合K1時(shí)，裝置中總反應(yīng)為Zn＋2NiOOH＋2H2O=Zn(OH)2＋2Ni(OH)2C．?dāng)嚅_K2、閉合K1時(shí)，K＋向Zn電極移動(dòng)D．制氫時(shí)，每轉(zhuǎn)移0.1NA電子，溶液質(zhì)量減輕0.1g解析：該裝置制氫時(shí)是電解池，X電極是陽(yáng)極，發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2O，則X電極附近pH減小，A錯(cuò)誤；斷開K2、閉合K1時(shí)，是原電池，Zn電極是負(fù)極，X電極是正極，Zn失去電子生成Zn(OH)2，NiOOH得電子生成Ni(OH)2，裝置的總反應(yīng)為Zn＋2NiOOH＋2H2O=Zn(OH)2＋2Ni(OH)2,B正確；斷開K2、閉合K1時(shí)，是原電池，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，則K＋向X電極移動(dòng)，C錯(cuò)誤；該裝置制氫時(shí)是電解池，X電極是陽(yáng)極，電極反應(yīng)式為Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2O，Pt為陰極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑，總反應(yīng)為：2Ni(OH)2eq\o(=,\s\up7(通電))2NiOOH＋H2↑，所以每轉(zhuǎn)移0.1NA電子，電極減少0.1g，而溶液質(zhì)量基本不變，D錯(cuò)誤。答案：B二、非選擇題11．電化學(xué)原理在防止金屬腐蝕、能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)合成等方面應(yīng)用廣泛。(1)圖1中，為了減緩海水對(duì)鋼閘門A的腐蝕，材料B可以選擇________(填字母序號(hào))。a．碳棒b．鋅板c．銅板用電化學(xué)原理解釋材料B需定期拆換的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)圖2中，鋼閘門C作________極。用氯化鈉溶液模擬海水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，D為石墨塊，則D上的電極反應(yīng)式為_____________________________________________________________，檢測(cè)該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是________________________________________________________________________。(3)鎂燃料電池在可移動(dòng)電子設(shè)備電源和備用電源等方面的應(yīng)用前景廣闊。圖3為“鎂-次氯酸鹽”燃料電池原理示意圖，電極為鎂合金和鉑合金。①E電極為該燃料電池的________極(填“正”或“負(fù)”)。F電極上的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。②鎂燃料電池負(fù)極容易發(fā)生自腐蝕產(chǎn)生氫氣，使負(fù)極利用率降低，用化學(xué)方程式解釋其原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)形成原電池時(shí)，F(xiàn)e作正極被保護(hù)，則要選擇活潑性比Fe強(qiáng)的金屬作負(fù)極，所以選鋅；鋅的活潑性比Fe強(qiáng)作負(fù)極，不斷遭受腐蝕，需定期拆換。(2)Fe作陰極被保護(hù)，則鋼閘門C作陰極；電解氯化鈉溶液時(shí)陽(yáng)極上氯離子失電子生成氯氣，其電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－=Cl2↑，檢驗(yàn)氯氣用濕潤(rùn)的淀粉-碘化鉀試紙。(3)①“鎂-次氯酸鹽”燃料電池中失電子的為負(fù)極，則Mg為負(fù)極；正極上ClO－得電子生成氯離子，則正極的電極反應(yīng)式為ClO－＋2e－＋H2O=Cl－＋2OH－；②Mg的活潑性較強(qiáng)能與水反應(yīng)生成氫氣，其反應(yīng)為Mg＋2H2O=Mg(OH)2＋H2↑。答案：(1)b鋅作原電池的負(fù)極(失電子，反應(yīng)式為Zn－2e－=Zn2＋)，不斷遭受腐蝕，需定期拆換(2)陰2Cl－－2e－=Cl2↑將濕潤(rùn)的淀粉-碘化鉀試紙放在陽(yáng)極附近，試紙變藍(lán)，證明生成氯氣(3)①負(fù)ClO－＋2e－＋H2O=Cl－＋2OH－②Mg＋2H2O=Mg(OH)2＋H2↑12．知識(shí)的梳理和感悟是有效學(xué)習(xí)的方法之一。某學(xué)習(xí)小組將有關(guān)“電解飽和食鹽水”的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行梳理，形成如下問題(顯示的電極均為石墨)。(1)圖1中，電解一段時(shí)間后，氣球