高考二轮测试题：6-3 电解池的工作原理 金属的腐蚀与防护

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第三单元　电解池的工作原理  金属的腐蚀与防护一、选择题1．将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如右图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是            (　　)A．液滴中的Cl－由a区向b区迁移B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋  由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为：Cu－2e－===Cu2＋解析　本题考查原电池、钢铁的吸氧腐蚀等知识。依题意，可判断中心区a为原电池的负极，液滴边缘O2含量较大，是原电池的正极，A中Cl－在电池工作时向负极(a)移动，A选项错误；B项显然正确；C中Fe失电子被氧化而被腐蚀，故C项错误，D中因Fe比Cu活泼，充当负极的是Fe，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，故D错误。答案　B2．某课外活动小组，为研究金属的腐蚀和防护的原理，做了以下实验：将剪下的一块镀锌铁片，放入锥形瓶中，并滴入少量食盐水将其浸湿，再加数滴酚酞试液，按如图所示的装置进行实验，过一段时间后观察。下列现象不可能出现的是    (    )A．B中导气管产生气泡B．B中导气管里形成一段水柱C．金属片剪口变红D．锌被腐蚀解析　该题思考的切入点是铁—锌—NaCl溶液构成原电池，由于溶液显中性，锌又比铁活泼，只能是锌作负极，铁作正极，在负极上发生Zn－2e－＝Zn2＋，正极：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－，所以在A中由于其中的氧气作氧化剂而使锥形瓶内气体的量减小，导致B中的水沿导气管进入而使导气管里形成一段水柱，同时锌被腐蚀，金属片上由于O2得到电子，使金属片剪口处溶液c(OH－)增大，使得溶液显碱性，遇到酚酞试液而变红，故综合以上选A。答案　A3．下列叙述不正确的是              (　　)A．铁表面镀锌，铁作阳极B．船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀C．钢铁吸氧腐蚀的正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．工业上电解饱和食盐水的阳极反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑解析　铁表面镀锌，铁应作阴极而锌作阳极，A错误；锌比铁活泼，在船底镶嵌锌块，可有效保护船体不被腐蚀，B正确；钢铁的吸氧腐蚀中正极上O2得到e－被还原，C正确；工业上电解饱和食盐水的反应中阳极上Cl－失去e－被氧化，D正确。故选A。答案　A4．用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是         (　　)A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物D．用带火星的木条检验阳极产物解析　溶液中的铜离子应在阴极放电而析出，Cl－在阳极放电产生Cl2，A、C、D都错。答案　B5．如图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是                    (　　)A．生铁块中的碳是原电池的正极B．红墨水柱两边的液面变为左低右高C．两试管中相同的电极反应式是：Fe－2e－===Fe2＋D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀解析　a、b试管中均发生铁的电化学腐蚀，在食盐水中的Fe发生吸氧腐蚀，正极为碳：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，负极为铁：2Fe－4e－===2Fe2＋，由于吸收O2，a管中气压降低；b管中的电解质溶液是酸性较强的NH4Cl溶液，故发生析氢腐蚀，正极：2H＋＋2e－===H2↑，负极：Fe－2e－===Fe2＋，由于放出氢气，b管中气压增大，故U型管中的红墨水应是左高右低，B选项错误。答案　B 6．如图所示是典型氯碱工业的关键设备——离子交换膜电解槽，该电解槽的特点是用离子交换膜将槽分隔为左右两室，它能够阻止一些物质通过，也能允许一些物质通过。下列有关说法正确的是              (　　)A．离子交换膜的特点是允许气体分子通过，而不允许阴离子通过B．图中X是指氧气C．电解槽右室的电极反应式为2H＋－2e－===H2↑D．电解槽左室也称为阴极室解析　这是一种阳离子交换膜电解槽，其隔膜的特点是只允许阳离子通过，而不允许阴离子及气体分子通过；槽的左室是阳极室，电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑，右室是阴极室，电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑。答案　C7．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是          (　　)A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋解析　钢管与电源正极连接，作电解池的阳极，被氧化而腐蚀，A项错；铁在冷浓硝酸中表面生成一层致密的氧化物保护膜，从而保护内部不被腐蚀，B项正确；钢管与铜管堆放在一起时，构成原电池，钢管作负极而易被腐蚀，C项错；钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应：Fe－2e－===Fe2＋，D项错。答案　B8．结合下图判断，下列叙述正确的是          (　　)A．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护B．Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋C．Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，均有蓝色沉淀解析　A项，电子从负极流向正极，抑制正极失电子，所以正极均被保护。B项，Ⅰ中的负极反应为Zn－2e－===Zn2＋。C项，Ⅱ中的正极反应为2H＋＋2e－===H2↑。D项，由于Ⅰ中负极反应产生Zn2＋，不会与K3[Fe(CN)6]溶液作用产生蓝色沉淀。答案　A二、非选择题9．右图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸色—红色，碱色—黄色)回答下列问题：(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________(填编号)；①A管溶液由红变黄　②B管溶液由红变黄　③A管溶液不变色　④B管溶液不变色(2)写出A管中发生反应的反应式：____________________________________________；(3)写出B管中发生反应的反应式：____________________________________________；(4)检验a管中气体的方法是__________________________________________________；(5)检验b管中气体的方法是__________________________________________________；(6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是________________。解析　 该电解池A为阴极，反应式为2H＋＋2e－===H2↑，B为阳极，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，A管附近产生OH－，故溶液由红变黄，B管附近产生H＋溶液仍呈红色，A管附近产生的OH－与Mg2＋结合生成Mg(OH)2沉淀。但停止电解后，生成的Mg(OH)2与H＋反应，白色沉淀溶解，溶液仍呈红色。检验a管中产生的H2的方法是：用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰，证明是H2；检测b管中产生的O2的方法是：用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带火星的木条伸入试管内复燃，证明是O2。答案　(1)①④(2)2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑)　Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(写2H2O－4e－===4H＋＋O2↑同样给分)(4)用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰(5)用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃(6)溶液呈红色，白色沉淀溶解(或大部分溶解)   10．A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如右表所示：阳离子Na＋、K＋、Cu2＋阴离子SO、OH－如图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯中依次盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。请回答下列问题：(1)M为直流电源的________极，b电极上发生的电极反应为______________________。(2)计算e电极上生成的气体在标准状况下的体积为________________。(3)写出乙烧杯中的总反应方程式：____________________________________________。(4)如果电解过程中B溶液中的金属离子全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)要使丙烧杯中的C溶液恢复到原来的状态，需要进行的操作是__________________。解析　测得乙中c电极质量增加了16 g，只有Cu2＋能放电析出金属，其他的都不可能，而Cu2＋只能和SO结合，可以确定B为硫酸铜；由常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图，可以确定A为KOH或NaOH，C为Na2SO4或K2SO4。c电极上发生的反应为：Cu2＋＋2e－===Cu，即c电极为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。甲中为KOH或NaOH溶液，相当于电解H2O，b电极(阳极)为OH－放电，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。当乙中有16 g Cu析出时，转移的电子为0.5 mol。整个电路是串联的，故每个电极上转移的电子数是相等的。丙中为Na2SO4或K2SO4溶液，相当于电解水，由方程式2H2O2H2↑＋O2↑可知，当整个反应中转移0.5 mol电子时，e电极上生成的H2为0.25 mol，标准状况下的体积为0.25 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L。此时丙烧杯中消耗水0.25 mol，若要恢复到原来的状态，需要向烧杯中加4.5 g水。答案　(1)负　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　(2)5.6 L(3)2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4(4)能，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应变为电解水的反应(5)向丙烧杯中加4.5 g水 11．如下图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。请回答：(1)B极是电源的________，一段时间后，甲中溶液颜色________，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明____________________，在电场作用下向Y极移动。(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为____________________。(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应该是________(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是________溶液。当乙中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为________，甲中溶液的pH________(填“变大”、“变小”或“不变”)。(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生总反应的离子方程式是___________________________________________________________________________________。解析　(1)F极附近呈红色，说明F是阴极，E是阳极，则A为正极，B为负极。甲中因Cu2＋放电使溶液颜色变浅。丁中Y极附近颜色变深，说明Fe(OH)3胶粒向阴极移动，即Fe(OH)3胶粒带正电荷。(2)C、D、E、F的电极产物分别为O2、Cu、Cl2、H2，由于电路中通过的电量相等，所以其物质的量之比为1∶2∶2∶2。(3)乙中溶液pH＝13，生成n(NaOH)＝0.1 mol·L－1×0.5 L＝0.05 mol，电路中通过的电子的物质的量为0.05 mol，所以丙中镀件上析出银0.05 mol×108 g·mol－1＝5.4 g。(4)当活性金属作阳极时，金属先于溶液中的阴离子放电而溶解，故甲中发生反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋Fe2＋＋Cu。答案　(1)负极　逐渐变浅　氢氧化铁胶体粒子带正电荷(2)1∶2∶2∶2(3)镀件　AgNO3　5.4 g　变小(4)Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋ 12．钒(V)及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域。(1)V2O5是接触法制硫酸的催化剂。①一定条件下，SO2与空气反应t min后，SO2和SO3物质的量浓度分别为a mol·L－1和b mol·L－1，则SO2起始物质的量浓度为________mol·L－1；生成SO3的化学反应速率为________mol·(L·min)－1。②工业制硫酸，尾气SO2用________吸收。(2)全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如下图所示。①当左槽溶液颜色逐渐由黄变蓝，其电极反应式为_______________________________。②充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由________色变为________色。③放电过程中氢离子的作用是________和____________________________________；充电时若转移的电子数为3.01×1023个，左槽溶液中n(H＋)的变化量为________。解析　(1)根据2SO2＋O22SO3和S原子守恒，SO2的起始浓度为(a＋b)mol·L－1；根据化学反应速率计算公式v(SO3)＝＝ mol·(L·min)－1；工业制硫酸的尾气SO2一般用氨水吸收。(2)根据图示该装置，左边为电解池的阳极或原电池的正极，右边为电解池的阴极或原电池的负极。当左槽溶液由黄变蓝，即VO―→VO2＋，电极反应式为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O。充电过程中，右槽为电解池的阴极，V3＋―→V2＋，溶液由绿色变为紫色。放电过程中，氢离子的作用是导电作用(通过交换膜定向移动)，并参与正极反应。充电时左槽的反应式为VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋，转移电子数3.01×1023个，共生成1 mol H＋，其中0.5 mol通过交换膜进入右槽，故左槽溶液中n(H＋)的变化量为0.5 mol。答案　(1)①a＋b　　②氨水(2)①VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O　②绿　紫　③参与正极反应　通过交换膜定向移动使电流通过溶液　0.5 mol