新高考化学一轮总复习练19第六章第19讲电解池金属的腐蚀与防护含解析

第19讲　电解池　金属的腐蚀与防护

A组　基础必做题

1．关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是(　B　)

A．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色

B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色

C．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠

D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性

[解析]　电解食盐水时发生的反应，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极：H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。对照选项分析，A错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2，滴加KI溶液后发生反应：Cl2＋2I－===I2＋2Cl－，溶液呈棕色，B正确；阴极上是H2O电离产生的H＋放电产生H2，不是Na＋放电生成钠，C错误；电解后生成NaOH溶液呈碱性，D错误。

2．(2022·广西岑溪月考)铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中，形成一层酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀，示意图如图所示。下列说法不正确的是(　B　)

A．因铁的金属性比铜强，所以铁铆钉被氧化而腐蚀

B．若水膜中溶解了SO2，则铁铆钉腐蚀的速率变小

C．铜极上的反应是2H＋＋2e－===H2↑、O2＋4e－＋4H＋===2H2O

D．在金属表面涂一层油脂，能防止铁铆钉被腐蚀

[解析]　金属性：铁强于铜，形成原电池时铁作负极，则铁铆钉被氧化而腐蚀，A正确；若水膜中溶解了SO2，并转化成H2SO3，水膜酸性增强，则铁铆钉腐蚀的速率变大，B不正确；铜板上既发生析氢腐蚀，又发生吸氧腐蚀，其电极反应分别为2H＋＋2e－===H2↑和O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C正确；在金属表面涂一层油脂，使铁铆钉与空气隔绝，能防止铁铆钉被腐蚀，D正确。

3．(2022·山东省实验中学一诊)下列说法正确的是(　D　)

A．用惰性电极电解饱和食盐水，阴极逸出的气体可使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝

B．粗铜电解精炼时，若电路中通过2 mol e－，阳极减少64 g

C．用惰性电极电解MgCl2溶液所发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－

D．在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的负极

[解析]　用惰性电极电解饱和食盐水，阳极逸出的气体可使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，故A错误；在电解精炼铜时，阳极上是粗铜，阳极上放电的不只是铜，还有比铜活泼的铁、锌等金属杂质，则当转移2 mol电子时，阳极减少的质量不一定等于64 g，故B错误；用惰性电极电解MgCl2溶液所发生反应的离子方程式为Mg2＋＋2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋Mg(OH)2↓，故C错误；在镀件上电镀铜时，镀件应作阴极，连接电源的负极，故D正确。

4．用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中各项所列对应关系均正确的一项是(　C　)

[解析]　电解Na2SO4溶液时，阳极上是OH－发生失电子的氧化反应，即a管中OH－放电，酸性增强，酸遇酚酞不变色，即a管中呈无色，A项错误；电解AgNO3溶液时，阴极上是Ag＋发生得电子的还原反应，即b管中电极反应是析出金属Ag的反应，B项错误；电解CuCl2溶液时，阳极上是Cl－发生失电子的氧化反应，即b管中Cl－放电，产生Cl2，C项正确；电解NaOH溶液时，阴极上是H＋放电，阳极上是OH－放电，实际上电解的是水，导致NaOH溶液的浓度增大，碱性增强，pH升高，D项错误。

5．(2022·辽宁凌源模拟)电解原理在化学工业中有着广泛的应用。如图表示一个电解池，装有电解质溶液a，X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答下列问题：

(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两侧各滴加几滴酚酞溶液，则：

①电解池中X极上的电极反应为__2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑__，在X极附近观察到的现象是__产生无色气体，溶液变红__。

②Y电极上的电极反应为__2Cl－－2e－===Cl2↑__，检验该电极反应产物的方法是__将湿润的淀粉－KI试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色__。

(2)若用电解法精炼粗铜，电解质溶液a选用CuSO4溶液，则有：

①X电极的材料是__纯铜__，电极反应为__Cu2＋＋2e－===Cu__。

②Y电极的材料是__粗铜__，电极反应为__Cu－2e－===Cu2＋__。(说明：杂质发生的电极反应不必写出)。

[解析]　(1)①若X、Y是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，X极与电源负极相连，则X极是阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。由于生成OH－，X极附近溶液呈碱性，则观察到X极产生无色气体，溶液变成红色。②Y电极与电源的正极相连，则Y极是阳极，Cl－在阳极上发生氧化反应生成Cl2，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑。可利用湿润的淀粉－KI试纸检验生成的Cl2，试纸变成蓝色。(2)①电解精炼粗铜时，纯铜为阴极，粗铜为阳极，则X电极是纯铜，Cu2＋在该电极上发生还原反应生成Cu，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu。②Y电极是粗铜，Cu是活性电极，自身失电子发生氧化反应，则电极反应为Cu－2e－===Cu2＋。

6．(1)为了减小某水库的铁闸门被腐蚀的速率，连接在铁闸门上的固体材料可以采用__C__(填写字母序号)。

A．铜　 B．钠　

C．锌　 D．石墨

(2)如图所示的方案也可以减小铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的__负__极。

(3)在海洋工程上，通常用铝合金(Al－Zn－Cd)保护海底钢铁设施，其中负极发生的电极反应为__Al－3e－===Al3＋__；在实际应用中，用铝合金而不选用纯铝，纯铝不能很好地起到保护作用，其原因是__铝表面易被氧化，生成一层致密而坚固的氧化物薄膜，使金属铝呈现“惰性”__。

[解析]　Fe发生吸氧腐蚀，常见保护方法有牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法。

B组　能力提升题

7．(2022·山东济宁1月模拟)(双选)甲是一种在微生物作用下将废水中的尿素CO(NH2)2转化为环境友好物质、实现化学能转化为电能的装置，利用甲、乙两装置，实现对冶金硅(Cu－Si为硅源)进行电解精炼制备高纯硅。

下列说法正确的是(　AD　)

A．电极M与b相连接

B．液态Cu－Si合金为阳极，固体硅为阴极

C．废水中的尿素的含量不会影响硅提纯速率

D．M电极反应式为CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋

[解析]　甲装置为原电池装置，氧气在N电极被还原生成水，所以N电极为正极，M电极为负极；乙装置为电解池，a电极上Si被氧化成Si4＋，发生氧化反应，所以a电极为阳极与N极相连，b电极为阴极与M极相连。根据分析可知M与b相连，A项正确；根据分析可知a电极为阳极，即液态Cu－Si合金为阳极，但固体硅不导电，所以不能为阴极，Si4＋在铝电极上得电子被还原，B项错误；废水中尿素含量不同，电流强度不同，单位时间内转移的电子数不同，会影响硅提纯的速率，C项错误；CO(NH2)2在负极M上失电子发生氧化反应，生成N2、CO2，结合电荷守恒得到电极反应为CO(NH2)2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，D项正确。

8．(2022·山东济南联考)2020年5月5日，广东省东莞虎门大桥出现桥面抖动现象，专家对桥墩的主体钢筋进行了全面检测，并确定了其安全性。以下说法正确的是(　B　)

A．桥墩钢筋容易发生化学腐蚀

B．在海面与空气交界处的钢铁，比海水中的钢铁更容易被腐蚀

C．可以在桥墩钢铁上嵌附铜片，减慢其腐蚀速率

D．将桥墩钢铁与外接电源负极相连的方法，称为牺牲阳极的阴极保护法

[解析]　桥墩钢筋可与海水形成原电池，容易发生电化学腐蚀，A说法错误；铁的活动性大于铜，钢铁桥墩上镶嵌铜，腐蚀速率加快，C说法错误；将桥墩钢铁与外接电源负极相连的方法，称为外加电流的阴极保护法，D说法错误。

9．如图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，将电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色，则以下说法正确的是(　D　)

A．电源B极是正极

B．丁装置中X极附近红褐色变深，说明氢氧化铁胶粒带正电荷

C．欲用丙装置给铜镀银，H应该是Ag，电镀液是AgNO3溶液

D．甲、乙装置的C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量之比为1︰2︰2︰2

[解析]　由题给信息可知，F极为阴极，电源B极是负极，故A错误；丁装置中Y电极是阴极，如果Y极附近红褐色变深，说明氢氧化铁胶粒带正电荷，故B错误；若用丙装置给铜镀银，G应该是Ag，H是铜，电镀液是AgNO3溶液，故C错误。

10．在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等金属腐蚀现象。可以通过下列装置所示实验进行探究。下列说法正确的是(　D　)

A．按图Ⅰ装置实验，为了更快更清晰地观察到导管内液柱上升，可用酒精灯加热左侧试管

B．图Ⅱ装置是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ装置的正极材料是铁

C．铝制品表面出现白斑可以通过图Ⅲ所示装置进行探究，Cl－由活性炭区向铝箔区迁移，并发生电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑

D．图Ⅲ装置的总反应方程式为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，生成的Al(OH)3脱水形成白斑

[解析]　A项，左侧试管内气体受热压强增大，不能更快更清晰地观察到液柱上升，错误；B项，在铁被腐蚀的原电池反应中，铁作负极，错误；C项，负极反应式为Al－3e－===Al3＋，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总反应方程式为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，错误；D项，由上述分析可知图Ⅲ装置的总反应方程式为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑，正确。

11．如图是一个化学过程的示意图。已知甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O

请回答：

(1)甲池是__原电池__(填“原电池”或“电解池”)，通入O2的电极作__正__极，电极反应式为__O2＋2H2O＋4e－===4OH－__。

(2)乙池是__电解池__(填“原电池”或“电解池”)，石墨电极为__阳__极，电极反应式为__2H2O－4e－===O2↑＋4H＋__。乙池中总反应的离子方程式为__4Ag＋＋2H2O4Ag＋＋O2↑＋4H＋__，一段时间后溶液pH__减小__(填“增大”“减小”或“不变”)。

(3)当乙池中Ag极的质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2__280__mL(标准状况)。

[解析]　(1)甲池能自发地进行氧化还原反应，所以甲池为原电池，通入氧气的一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(2)乙池为电解池，石墨与原电池正极相连，为电解池的阳极，根据离子放电顺序，水电离出的OH－放电，则电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。电解硝酸银溶液，阳极生成氧气，阴极生成银，电解总反应式为4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋，生成H＋，则一段时间后溶液pH减小。(3)乙池中Ag极发生还原反应，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，n(Ag)＝＝0.05 mol，则转移电子0.05 mol，由电极反应式O2＋2H2O＋4e－===4OH－可知消耗O2的物质的量为＝0.012 5 mol，则V(O2)＝0.012 5 mol×22.4 L/mol＝0.28 L＝280 mL。

12．按如图1所示装置进行电解，A、B、C、D均为铂电极，回答下列问题。

(1)甲槽电解的是200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图2所示(气体体积已换算成标准状况下的体积，电解前后溶液的体积变化忽略不计)。

①原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为__0.1__mol·L－1，CuSO4的物质的量浓度为__0.1__mol·L－1。

②t2 s时所得溶液的pH＝__1__。

(2)乙槽为200 mL CuSO4溶液，乙槽内电解的总离子方程式：__2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋__。

①当C极析出0.64 g物质时，乙槽溶液中生成的H2SO4为__0.01__mol。电解后，若使乙槽内的溶液完全复原，可向乙槽中加入__BC__(填字母)。

A．Cu(OH)2 B．CuO

C．CuCO3 D．Cu2(OH)2CO3

②若通电一段时间后，向所得的乙槽溶液中加入0.2 mol的Cu(OH)2才能恰好恢复到电解前的浓度，则电解过程中转移的电子数为__0.8NA__。

[解析]　(1)①A、B、C、D均为惰性电极Pt，甲槽电解NaCl和CuSO4的混合溶液，阳极上离子放电顺序为Cl－>OH－>SO，阴极上离子放电顺序为Cu2＋>H＋>Na＋，开始阶段阴极上析出Cu，阳极上产生Cl2，则题图2中曲线Ⅰ代表阴极产生气体体积的变化，曲线Ⅱ代表阳极产生气体体积的变化。阳极上发生的反应依次为2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，由曲线Ⅱ可知，Cl－放电完全时生成224 mL Cl2，根据Cl原子守恒可知，溶液中c(NaCl)＝＝0.1 mol·L－1；阴极上发生的反应依次为Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑，由曲线Ⅱ可知Cu2＋放电完全时，阳极上产生224 mL Cl2和112 mL O2，则电路中转移电子的物质的量为0.01 mol×2＋0.005 mol×4＝0.04 mol，据得失电子守恒可知，n(Cu2＋)＝0.04 mol×＝0.02 mol，故混合液中c(CuSO4)＝＝0.1 mol·L－1。②0～t1 s内相当于电解CuCl2，电解反应式为CuCl2Cu＋Cl2↑，t1～t2 s内相当于电解CuSO4，而电解CuSO4溶液的离子反应为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，则生成H＋的物质的量为0.005 mol×4＝0.02 mol，则有c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，故溶液的pH＝1。(2)电解CuSO4溶液时，Cu2＋在阴极放电，水电离的OH－在阳极放电，电解的总离子方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。①C极为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，析出0.64 g Cu(即0.01 mol)时，生成H2SO4的物质的量也为0.01 mol。电解CuSO4溶液时，阴极析出Cu，阳极上产生O2，故可向电解质溶液中加入CuO、CuCO3等使电解质溶液完全复原。②加入0.2 mol Cu(OH)2相当于加入0.2 mol CuO和0.2 mol H2O，则电解过程中转移电子的物质的量为0.2 mol×2＋0.2 mol×2＝0.8 mol，即0.8NA个电子。