2022版高考化学一轮复习第6章化学反应与能量第3节电解池金属的腐蚀与防护训练含解析

第3节 电解池 金属的腐蚀与防护

[A组·基础练习]

1．(2020·辽宁葫芦岛协作校考试)下列氢能的制取、贮存及利用过程如下图所示，未涉及的能量转化形式是(　　)

A．电能转化为光能   B．机械能转化为电能

C．电能转化为化学能   D．光能转化为化学能

【答案】D

2．港珠澳大桥设计寿命为120年，对桥体钢构件采用了多种防腐方法。下列分析错误的是(　　)

A．防腐原理主要是避免发生反应2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2

B．钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，是为了隔绝空气、水等，防止形成原电池

C．采用外加电流的阴极保护时需外接镁、锌等作辅助阳极

D．钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀

【答案】C

3．化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语正确的是(　　)

A．用铜做阴极，石墨做阳极，电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑

B．铅蓄电池放电时的正极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4

C．粗铜精炼时，与电源正极相连的应是粗铜，该极发生的电极反应只有Cu－2e－===Cu2＋

D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式为Fe－2e－===Fe2＋

【答案】A

4．(2020·湖北黄石质检)图1是电解饱和氯化钠溶液示意图。图2中，x轴表示实验时流入阴极的电子的物质的量，则y轴表示(　　)

A．n(Na＋)   B．n(Cl－) 

C．c(OH－)   D．c(H＋)

【答案】C

【解析】该装置中，阳极氯离子放电生成氯气，其电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极氢离子放电，其电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；总反应式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。由上述分析可知，溶液中钠离子物质的量不变，A不符合题意；阳极氯离子放电生成氯气，所以溶液中氯离子物质的量减小，B不符合题意；阴极氢离子放电，所以溶液中c(OH－)增大，氢离子浓度减小，C符合题意、D不符合题意。

5．提供几组常见的实验装置示意图，下列有关叙述正确的是(　　)

A．装置①中阳极上有无色无味气体冒出

B．装置②中的铜片应与直流电源的负极相连

C．装置③中，若电解液为KOH溶液，则电极a的反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O

D．装置④阳极减少的质量一定等于阴极增加的质量

【答案】C

【解析】装置①中阳极上氯离子失去电子生成氯气，而氯气是黄绿色、有刺激性气味的气体，A错误；装置②在铁制品上镀铜时，阳极为铜，阴极为铁制品，所以铜片应该与电源的正极相连，B错误；装置④为粗铜精炼，阳极溶解的是Cu和比Cu活泼的金属，阴极析出的是纯Cu，则阳极减少的质量一定不等于阴极增加的质量，D错误。

6．(2019·安徽宿州模拟)关于下列装置的说法正确的是(　　)

A．装置①中盐桥内的K＋移向CuSO4溶液

B．装置①将电能转变为化学能

C．若装置②用于铁棒镀铜，则N极为铁棒

D．若装置②用于电解精炼铜，溶液中的Cu2＋浓度保持不变

【答案】A

【解析】装置①是原电池，Zn是负极，Cu是正极，K＋移向CuSO4溶液，A正确、B错误；装置②是电解池，N是阳极，M是阴极，铁棒镀铜时M极应为铁棒，C错误；电解精炼铜时，溶液中的Cu2＋浓度降低，D错误。

7．中国科学家研究出对环境污染小、便于铝回收的海水电池，其工作原理示意图如下：

下列说法正确的是(　　)

A．电极Ⅰ为阴极，其反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O

B．聚丙烯半透膜允许阳离子从右往左通过

C．如果电极Ⅱ为活性镁铝合金，则负极区会逸出大量气体

D．当负极质量减少5.4 g时，正极消耗3.36 L气体

【答案】C

【解析】电极Ⅰ为正极，电解质溶液为碱性，其反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A错误；根据图中信息右边为酸性溶液，左边为碱性海水，右边氢离子不能通过聚丙烯半透膜，B错误；当不是标准状况下，无法计算正极消耗气体的体积，D错误。

[B组·提高练习]

8．(2020·湖北天门期末)工业上采用如下图装置模拟在A池中实现铁上镀铜，在C装置中实现工业电解KCl溶液制取KOH溶液。

下列有关说法错误的是(　　)

A．a为精铜，b为铁制品可实现镀铜要求

B．c为负极，电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O

C．从e出来的气体为氧气，从f出来的气体为氢气

D．钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出来的为高浓度的KOH溶液

【答案】C

【解析】电解KCl溶液，e处为阳极，氯离子失电子，则e处出来的气体为氯气，从f出来的气体为氢气，C错误。

9．(2018·全国卷Ⅲ)一种可充电锂—空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是(　　)

A．放电时，多孔碳材料电极为负极

B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极

C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移

D．充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋(1－)O2

【答案】D

【解析】放电时，O2与Li＋在多孔碳电极处反应，说明电池内Li＋向多孔碳电极移动，因为阳离子移向正极，所以多孔碳电极为正极，A错误；因为多孔碳电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳电极(由负极流向正极)，B错误；充电和放电时电池中离子的移动方向应该相反，放电时，Li＋向多孔碳电极移动，充电时向锂电极移动，C错误；根据图示和上述分析，电池的正极反应是O2与Li＋得电子转化为Li2O2－x，电池的负极反应是单质Li失电子转化为Li＋，所以总反应为2Li＋O2===Li2O2－x，充电的反应与放电的反应相反，所以为Li2O2－x===2Li＋O2，D正确。

10．(2020·海南海口联考)铁元素及其化合物与人类的生产、生活息息相关，试回答下列问题：

(1)电子工业常用30%的FeCl3溶液腐蚀敷在绝缘板上的铜箔，制造印刷电路板，该反应的离子方程式为____________________________________________。

(2)以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池，采用电解法制备Fe(OH)2，装置如下图所示，其中P端通入CO2。

①石墨Ⅰ电极上的电极反应式为__________________________________________。

②通电一段时间后，右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色。则下列说法正确的是__________(填字母)。

A．X、Y两端都必须用铁作电极

B．可以用NaOH溶液作为电解质溶液

C．阴极发生的反应是2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

D．白色沉淀只能在阳极上产生

③若将所得Fe(OH)2沉淀暴露在空气中，其颜色变化为________________________，该反应的化学方程式为___________________________________。

【答案】(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

(2)①H2－2e－＋CO===CO2＋H2O　　②BC

③由白色迅速变成灰绿色，最终变成红褐色

4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

【解析】(1)Fe3＋具有较强的氧化性，能够氧化Cu：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。(2)①石墨Ⅰ电极上氢气发生氧化反应，石墨Ⅰ电极为负极，电极反应式为H2－2e－＋CO===CO2＋H2O。②制取Fe(OH)2则应使铁生成Fe2＋，故铁电极应与电源的正极相连，故Y极必须是Fe，X极可以选石墨棒等作电极，A错误；若选用NaOH溶液作电解质溶液，白色沉淀在阳极上产生，若选NaCl溶液作电解质溶液则沉淀在两极中间的溶液中产生，B正确、D错误；阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C正确。

11．电镀行业产生的酸性含铬废水对环境有污染，其中所含的Cr(Ⅵ)是主要污染物，可采用多种处理方法将其除去。查阅资料可知：

①在酸性环境下，Cr(Ⅵ)通常以Cr2O的形式存在；

②Cr2O的氧化能力强于CrO；

③常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH如下表所示：

Ⅰ.腐蚀电池法

(1)向酸性含铬废水中投放废铁屑和焦炭，利用原电池原理还原Cr(Ⅵ)。下列关于焦炭的说法正确的是________(填字母)。

a．作原电池的正极

b．在反应中作还原剂

c．表面可能有气泡产生

Ⅱ.电解还原法

向酸性含铬废水中加入适量NaCl固体，以Fe为电极电解，经过一段时间，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成排出，从而使废水中铬含量低于排放标准。电解装置如图1所示。

图1

(2)A极连接电源的________极，A极上发生的电极反应式为________________________。

(3)电解开始时，B极上除了发生产生H2的反应外，还有少量Cr2O在B极上直接放电，该反应的电极反应式为__。

(4)电解过程中，溶液的pH不同时，通电时间(t)与溶液中铬元素去除率的关系如图2所示。

图2

①由图可知，电解还原法应采取的最佳pH范围为________(填字母)。

a．2～4　　　　　　b．4～6　　　　　　c．6～10

②解释曲线Ⅰ和曲线Ⅳ去除率低的原因：_________________________________________ _____________________________________________________________。

【答案】(1)ac　(2)正　Fe－2e－===Fe2＋

(3)Cr2O＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O

(4)①b　②曲线Ⅰ的pH较小，此时Cr(Ⅵ)被还原生成的Cr3＋难以生成Cr(OH)3沉淀，仍以Cr3＋形式存在于溶液中，导致去除率较低；曲线Ⅳ的pH较大，铬元素主要以CrO形式存在，其氧化能力弱于Cr2O，Cr(Ⅵ)难以被还原并生成沉淀，导致去除率较低

【解析】 (3)B极是阴极，发生还原反应，少量Cr2O在B极上直接放电被还原为Cr3＋，电解质溶液呈酸性，则电极反应式为Cr2O＋14H＋＋6e－===2Cr3＋＋7H2O。