2023屆新高考新教材化學(xué)人教版一輪訓(xùn)練-第六章第3講　電解池、金屬的腐蝕與防護(hù)

第六章第3講電解池、金屬的腐蝕與防護(hù)一、選擇題(每小題只有一個選項(xiàng)符合題意)1.某實(shí)驗(yàn)小組用石墨作電極進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)觀察到：a、d處試紙變藍(lán)；b處變紅，并局部褪色；c處無明顯變化。下列說法中錯誤的是()A．a(chǎn)極為陰極，發(fā)生的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－B．b極為陽極，涉及的反應(yīng)有2Cl－－2e－=Cl2↑、Cl2＋H2OHCl＋HClOC．電解過程中，a點(diǎn)電勢低于c點(diǎn)電勢，所以電子由a點(diǎn)移向c點(diǎn)D．若將鐵絲改成銅絲，其余條件相同，電解一段時間后，能發(fā)現(xiàn)c處附近變藍(lán)解析：CA．該電解池中，a、d作陰極，而b、c作陽極，所以a是陰極，電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，故A正確；B.b極為陽極，b處氯離子放電生成氯氣，氯氣和水能發(fā)生反應(yīng)生成HCl、HClO，涉及的反應(yīng)有2Cl－－2e－=Cl2↑、Cl2＋H2OHCl＋HClO，故B正確；C.該電解池中，a、d作陰極，而b、c作陽極，電流從電勢高的地方流向電勢低的地方，由此a點(diǎn)電勢低于c點(diǎn)電勢，但電子不能通過溶液，不能由a點(diǎn)移向c點(diǎn)，故C錯誤；D.若將鐵絲改成銅絲，c為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，Cu－2e－=Cu2＋，一段時間后，c處附近變藍(lán)，故D正確。2．(2021·遼寧卷，9)在N羥基鄰苯二甲酰亞胺(NHPI)介質(zhì)中，可實(shí)現(xiàn)醇向醛的轉(zhuǎn)化，原理如圖。下列說法錯誤的是()A．理論上NHPI的總量在反應(yīng)前后不變B．海綿Ni電極作陽極C．總反應(yīng)為D．每消耗1mmol苯甲醇，產(chǎn)生22.4mL氫氣解析：D根據(jù)題意可知，NHPI在陽極區(qū)參與反應(yīng)，又在陰極區(qū)為生成物，因此理論上NHPI的總量在反應(yīng)前后不發(fā)生改變，A正確；Ni2＋在海綿Ni電極失去電子得到Ni3＋，發(fā)生氧化反應(yīng)，則海綿Ni為陽極，B正確；陽極反應(yīng)式為Ni2＋－e－=Ni3＋，陽極區(qū)同時還發(fā)生反應(yīng)：Ni3＋＋NHPI→Ni2＋＋PINO，陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2，陰極區(qū)同時還發(fā)生反應(yīng)：＋NHPI，因此總反應(yīng)為，C正確；未指明標(biāo)準(zhǔn)狀況，不能用Vm＝22.4L·mol－1進(jìn)行計(jì)算，D錯誤。3．(2021·貴州貴陽摸底)在一塊表面無銹的鐵片上滴食鹽水，放置一段時間后看到鐵片上有鐵銹出現(xiàn)。鐵片腐蝕過程中發(fā)生反應(yīng)的總化學(xué)方程式：2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2，F(xiàn)e(OH)2進(jìn)一步被氧氣氧化為Fe(OH)3，再在一定條件下脫水生成鐵銹，其原理如圖所示。下列說法正確的是()A．鐵片發(fā)生還原反應(yīng)而被腐蝕B．鐵片腐蝕生成的鐵銹可以保護(hù)內(nèi)層的鐵不被腐蝕C．鐵片腐蝕過程中負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)：2H2O＋O2＋4e－=4OH－D．鐵片里的鐵和碳與食鹽水形成了無數(shù)微小原電池，發(fā)生了電化學(xué)腐蝕解析：D結(jié)合題圖知Fe失電子，化合價(jià)升高，被氧化，A項(xiàng)錯誤；鐵銹結(jié)構(gòu)疏松，不能保護(hù)內(nèi)層金屬，B項(xiàng)錯誤；鐵片腐蝕時，F(xiàn)e作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)：Fe－2e－=Fe2＋，C項(xiàng)錯誤；鐵片上的NaCl溶液為鐵與碳形成原電池提供了電解質(zhì)溶液，D項(xiàng)正確。4．(2021·菏澤一模)納米Fe2O3在常壓電化學(xué)法合成氨過程中起催化作用。該電解裝置如圖所示。已知熔融NaOHKOH為電解液，F(xiàn)e2O3在發(fā)生反應(yīng)時生成中間體Fe。下列說法正確的是()A．惰性電極是電解池的陰極，發(fā)生還原反應(yīng)B．產(chǎn)生2.24LO2時，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為0.4NAC．惰性電極Ⅰ的電極反應(yīng)：Fe2O3＋3H2O－6e－=2Fe＋6OH－D．生成氨氣的反應(yīng)：2Fe＋N2＋3H2O=Fe2O3＋2NH3解析：D惰性電極產(chǎn)生氧氣，氧元素化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，故惰性電極為電解池的陽極，A錯誤；產(chǎn)生2.24LO2，未標(biāo)注狀態(tài)，故不能計(jì)算轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，B錯誤；根據(jù)圖示可知，惰性電極Ⅰ為陰極，得電子，電極反應(yīng)式為Fe2O3＋3H2O＋6e－=2Fe＋6OH－，C錯誤；結(jié)合圖示及陰極電極反應(yīng)式可知，生成氨氣的反應(yīng)為2Fe＋N2＋3H2O=Fe2O3＋2NH3，D正確。5．(2021·新高考8省聯(lián)考，重慶卷)雙極膜在電滲析中應(yīng)用廣泛，它是由陽離子交換膜和陰離子交換膜復(fù)合而成。雙極膜內(nèi)層為水層，工作時水層中的H2O解離成H＋和OH－，并分別通過離子交換膜向兩側(cè)發(fā)生遷移。下圖為NaBr溶液的電滲析裝置示意圖。下列說法正確的是()A．出口2的產(chǎn)物為HBr溶液B．出口5的產(chǎn)物為硫酸溶液C．Br－可從鹽室最終進(jìn)入陽極液中D．陰極電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－=H2↑解析：D電解時，溶液中的陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動，溶液中的Na＋向陰極移動，與雙極膜提供的氫氧根離子結(jié)合，出口2的產(chǎn)物為NaOH溶液，A錯誤；電解時，溶液中的陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動，溶液中的Br－向陽極移動，與雙極膜提供的氫離子結(jié)合，故出口4的產(chǎn)物為HBr溶液，鈉離子不能通過雙極膜，故出口5不是硫酸，B錯誤；結(jié)合選項(xiàng)B，Br－不會從鹽室最終進(jìn)入陽極液中，C錯誤；電解池陰極處，發(fā)生的反應(yīng)是物質(zhì)得到電子被還原，發(fā)生還原反應(yīng)，水解離成H＋和OH－，則在陰極處發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－=H2↑，D正確。6．(2021·濟(jì)寧一模)NaBH4燃料電池具有電壓高、能量密度大等優(yōu)點(diǎn)。以該燃料電池為電源電解精煉銅的裝置如圖所示。下列說法不正確的是()A．離子交換膜應(yīng)為陽離子交換膜，Na＋由左極室向右極室遷移B．該燃料電池的負(fù)極反應(yīng)式為BHeq\o\al(－,4)＋8OH－－8e－=BOeq\o\al(－,2)＋6H2OC．電解池中的電解質(zhì)溶液可以選擇CuSO4溶液D．每消耗2.24LO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時，A電極的質(zhì)量減輕12.8g解析：DA項(xiàng)，通入O2的一極發(fā)生反應(yīng)O2＋4e－＋2H2O=4OH－，則通入O2的一極為正極。Na＋通過交換膜進(jìn)入右邊得到濃NaOH溶液，故離子交換膜允許Na＋通過，是陽離子交換膜，正確。B項(xiàng)，根據(jù)圖示，負(fù)極上BHeq\o\al(－,4)轉(zhuǎn)化為BOeq\o\al(－,2)，電極反應(yīng)式為BHeq\o\al(－,4)＋8OH－－8e－=BOeq\o\al(－,2)＋6H2O，正確。C項(xiàng)，該電解池用于電解精煉銅，電解質(zhì)溶液應(yīng)選擇CuSO4溶液，正確。D項(xiàng)，A極連接原電池的正極，作陽極，每消耗2.24LO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時，轉(zhuǎn)移0.4mol電子，但陽極上(A極)為粗銅，不僅有Cu參與放電，還有比Cu活潑的金屬放電，故減少的質(zhì)量不一定為12.8g，錯誤。7．以石墨為電極電解200mLCuSO4溶液，電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量n(e－)與產(chǎn)生氣體總體積V(標(biāo)準(zhǔn)狀況)的關(guān)系如圖所示，下列說法中正確的是()A．電解前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為2mol·L－1B．忽略溶液體積變化，電解后所得溶液中c(H＋)＝2mol·L－1C．當(dāng)n(e－)＝0.6mol時，V(H2)∶V(O2)＝3∶2D．向電解后的溶液中加入16gCuO，則溶液可恢復(fù)到電解前的濃度解析：B電解CuSO4溶液時，陽極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，陰極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－=Cu，若陰極上沒有氫離子放電，則題圖中氣體體積與轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量的關(guān)系曲線是直線，而題圖中是折線，說明陰極上還發(fā)生反應(yīng)：2H＋＋2e－=H2↑。A項(xiàng)，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.4mol電子時，Cu2＋恰好完全反應(yīng)，n(Cu2＋)＝eq\f(0.4mol,2)＝0.2mol，根據(jù)銅原子守恒得，c(CuSO4)＝c(Cu2＋)＝eq\f(0.2mol,0.2L)＝1mol·L－1，錯誤；B項(xiàng)，當(dāng)轉(zhuǎn)移0.4mol電子時，生成n(H2SO4)＝0.2mol，之后相當(dāng)于電解水，因?yàn)楹雎匀芤后w積變化，所以電解后所得溶液中c(H＋)＝eq\f(0.2mol×2,0.2L)＝2mol·L－1，正確；C項(xiàng)，當(dāng)n(e－)＝0.6mol時，電解過程中發(fā)生的反應(yīng)有：2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4、2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2↑＋O2↑，n(H2)＝0.1mol，n(O2)＝0.1mol＋0.05mol＝0.15mol，所以V(H2)∶V(O2)＝2∶3，錯誤；D項(xiàng)，因電解后從溶液中析出Cu、O2、H2，所以只加入16gCuO不能使溶液恢復(fù)到電解前的濃度，錯誤。二、選擇題(每小題有一個或兩個選項(xiàng)符合題意)8．深埋在潮濕土壤中的鐵管道，在硫酸鹽還原菌作用下，能被硫酸根離子腐蝕，其電化學(xué)腐蝕原理如圖所示。下列說法正確的是()A．鐵管道發(fā)生的是吸氧腐蝕B．輸送暖氣的管道也易發(fā)生此類腐蝕C．這種情況下，土壤的pH增大D．管道上刷富銅油漆可以加快管道的腐蝕解析：CD正極為還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為SOeq\o\al(2－,4)＋8e－＋5H2O=HS－＋9OH－，發(fā)生的不是吸氧腐蝕，A項(xiàng)錯誤，而C項(xiàng)正確；硫酸鹽還原菌中的蛋白質(zhì)在高溫下易變性，失去催化作用，故輸送暖氣管道不易發(fā)生此類腐蝕，B項(xiàng)錯誤；刷富銅油漆則可形成Cu—Fe原電池，加速鐵管道腐蝕，D項(xiàng)正確。9．硼酸(H3BO3)為一元弱酸，已知H3BO3與足量NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式為H3BO3＋OH－=B(OH)eq\o\al(－,4)，H3BO3可以通過電解的方法制備，其工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)。下列說法正確的是()A．當(dāng)電路中通過1mole－時，可得到1molH3BO3B．將電源的正、負(fù)極反接，工作原理不變C．陰極室的電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋D．B(OH)eq\o\al(－,4)穿過陰膜進(jìn)入產(chǎn)品室，Na＋穿過陽膜進(jìn)入陰極室解析：AD陽極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，電路中通過1mole－時有1molH＋生成，根據(jù)反應(yīng)B(OH)eq\o\al(－,4)＋H＋=H2O＋H3BO3知，生成1molH3BO3需要1molH＋，所以電路中通過1mole－時，可得到1molH3BO3，A正確；如果將電源的正、負(fù)極反接，工作原理發(fā)生變化，B錯誤；電解時陰極發(fā)生得到電子的還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，C錯誤；陽極反應(yīng)式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，陰極反應(yīng)式為4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－，陽極室中的H＋穿過陽膜進(jìn)入產(chǎn)品室，B(OH)eq\o\al(－,4)穿過陰膜進(jìn)入產(chǎn)品室，發(fā)生反應(yīng)：B(OH)eq\o\al(－,4)＋H＋=H2O＋H3BO3，Na＋穿過陽膜進(jìn)入陰極室，D正確。10．(2021·新高考8省聯(lián)考，江蘇卷)利用電解法將CO2轉(zhuǎn)化為CH4的原理如圖所示。下列說法正確的是()A．電解過程中，H＋由a極區(qū)向b極區(qū)遷移B．電極b上反應(yīng)為CO2＋8HCOeq\o\al(－,3)－8e－=CH4＋8COeq\o\al(2－,3)＋2H2OC．電解過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D．電解時Na2SO4溶液濃度保持不變解析：A由a極生成O2可以判斷出a極為陽極，b為陰極，陽離子向陰極流動。則H＋由a極區(qū)向b極區(qū)遷移，故A正確；電極b上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為CO2＋8HCOeq\o\al(－,3)＋8e－=CH4＋8COeq\o\al(2－,3)＋2H2O，故B錯誤；電解過程中是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，故C錯誤；電解時OH－比SOeq\o\al(2－,4)更容易失去電子，所以電解Na2SO4溶液的實(shí)質(zhì)是電解水，溶液中的水發(fā)生消耗，所以Na2SO4溶液的濃度是增大的，故D錯誤。11．(2021·煙臺一模)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)式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－B．c、d離子交換膜依次為陽離子交換膜和陰離子交換膜C．電池放電過程中，Cu(1)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：D濃差電池放電時，兩個電極區(qū)的濃度差會逐漸減小，當(dāng)兩個電極區(qū)硫酸銅溶液的濃度完全相等時，放電停止。電池放電過程中，Cu(1)電極上發(fā)生使Cu2＋濃度降低的還原反應(yīng)，作正極，Cu(2)電極上發(fā)生使Cu2＋濃度升高的氧化反應(yīng)，作負(fù)極；在右側(cè)的電解池中，a為電解池的陰極，H2O中的H＋得電子發(fā)生還原反應(yīng)生成H2，b為電解池的陽極，H2O中的OH－失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成O2。根據(jù)上述分析可知，a電極的電極反應(yīng)為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，A選項(xiàng)正確；電解過程中，硫酸鈉的濃度減小，Na＋通過陽離子交換膜c進(jìn)入陰極區(qū)，SOeq\o\al(2－,4)通過陰離子交換膜d進(jìn)入陽極區(qū)，B選項(xiàng)正確；電池放電過程中，Cu(1)電極上的電極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=Cu，C選項(xiàng)正確；電池從開始工作到停止放電，正極區(qū)硫酸銅溶液的濃度由2.5mol·L－1降低到1.5mol·L－1，負(fù)極區(qū)硫酸銅溶液同時由0.5mol·L－1上升到1.5mol·L－1，正極反應(yīng)可還原Cu2＋的物質(zhì)的量為2L×(2.5－1.5)mol·L－1＝2mol，電路中轉(zhuǎn)移4mol電子，則電解池的陰極生成4molOH－，即陰極區(qū)可得4mol氫氧化鈉，其質(zhì)量為160g，D選項(xiàng)錯誤。三、非選擇題12．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，為了減緩海水對鋼閘門A的腐蝕，材料B可以選擇____________(填字母序號)。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__________________，檢測該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是_____________________________________________________________________________________。(3)鎂燃料電池在可移動電子設(shè)備電源和備用電源等方面應(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。圖3①E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，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；電解氯化鈉溶液時陽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)氯氣用濕潤的淀粉碘化鉀試紙，即將濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在陽極附近，試紙變藍(lán)，證明生成氯氣；(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，Zn－2e－=Zn2＋，不斷遭受腐蝕，需定期拆換(2)陰2Cl－－2e－=Cl2↑將濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在陽極附近，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↑13．(1)采用石墨電極電解Na2CrO4溶液制備Na2Cr2O7，其原理如圖1所示。①寫出電極b的電極反應(yīng)式及陽極區(qū)的轉(zhuǎn)化反應(yīng)：___________、____________。②測定陽極液中Na元素和Cr元素的含量，若Na元素與Cr元素的物質(zhì)的量的比值為n，則此時Na2CrO4的轉(zhuǎn)化率為________。(2)以碳酸鈣的分解產(chǎn)物CO2為原料，利用電解法可制取乙烯，其裝置如圖2所示。a為電源的__