适用于新高考新教材广西专版2024届高考化学一轮总复习第六章化学反应与能量课时规范练22电解池金属的腐蚀与防护

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1.关于图中装置说法正确的是( )
A.装置中电子移动的方向:负极→Fe→M溶液→石墨→正极
B.若M为滴加酚酞的NaCl溶液,通电一段时间后,铁电极附近溶液显红色
C.若M为CuSO4溶液,可以实现在石墨上镀铜
D.若将电源反接,M为NaCl溶液,可用于制备Fe(OH)2并使其较长时间保持白色
2.(2021湖北二模)科学家设计利用电化学原理回收CO2达到节能减排的目的,实验装置如图所示。已知在碱性条件下,卤素单质可以将乙醇氧化为乙醛,一段时间后测得a电极有HCOO-生成,下列说法不正确的是( )
A.b极为负极
B.当电路中转移1 ml e-时,d极产生1 ml CH3CHO
C.e为阳离子交换膜、f为阴离子交换膜
D.a极的电极反应为CO2+2e-+H2OHCOO-+OH-
3.(2022广东高三模拟)一种电解法制备Ca(H2PO4)2并得到NaOH等副产物的示意装置如图,下列说法错误的是( )
A.与a、b相连的分别是电源的正极、负极
B.NaOH溶液中石墨电极上的反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-
C.A膜、C膜均为阳离子交换膜,B膜为阴离子交换膜
D.产品室中的Ca2+和原料室的Na+物质的量浓度同等程度增大
4.糠醛氧化制备糠酸是综合利用糠醛资源的一个重要途径。在直流电场作用下,双极膜(BMP)将水解离为H+和OH-,并实现H+和OH-的定向通过。工业上用双极膜电解槽电解糠醛溶液同时制备糠醇和糠酸盐,电解时,MnO2/MnO(OH)在电极与糠醛之间传递电子,电解过程如图所示,下列说法不正确的是( )
A.A为直流电源的负极,糠醛在阴极表面得到电子被氧化为糠醇
B.通电时双极性膜将水解离为H+和OH-,H+向阴极室方向移动
C.生成糠酸盐的反应为+2MnO2+OH-+2MnO(OH)
D.电解时,阳极的电极反应为MnO(OH)-e-MnO2+H+
5.(2021湖北武汉质量检测)我国科技工作者设计以CP和Ni2P纳米片为催化电极材料,电催化合成偶氮化合物的新装置,如图所示(R代表烃基)。下列说法错误的是( )
A.硝基苯分子中所有原子可能共面
B.该离子交换膜是阴离子交换膜
C.电极a的电极电势低于电极b
D.阳极反应为RCH2NH2-4e-+4OH-RCN+4H2O
二、选择题:本题共2小题,每小题有一个或两个选项符合题目要求。
6.(2021辽宁葫芦岛二模)我国科学家设计的CO2熔盐捕获与转化装置如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.由图可知捕获CO2过程的初期发生了氧化还原反应
B.熔盐可用CCl4代替
C.d极的电极反应式C-4e-C+3O2-
D.转移1 ml电子该装置最终可捕获CO2 5.6 L(标准状况下)
7.(2021湖南永州三模)电Fentn法是用于水体中有机污染物降解的高级氧化技术,反应原理如图所示。电解产生的H2O2与Fe2+发生反应生成的羟基自由基(·OH)能氧化降解有机污染物。下列说法错误的是( )
A.电源的A极为正极
B.与电源B极相连的电极反应为H2O-e-H++·OH
C.H2O2与Fe2+发生反应的方程式为H2O2+Fe2+[Fe(OH)]2++·OH
D.每消耗22.4 L O2(标准状况),整个电解池中理论上可产生的·OH的物质的量为2 ml
三、非选择题:本题共2小题。
8.(1)环戊二烯()可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2],结构简式为,后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。
该电解池的阳极为 ,总反应为 。
电解制备需要在无水条件下进行,原因为 。
(2)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢,工作示意图如图。通过控制开关连接K1或K2,可交替得到H2和O2。
①制H2时,连接 。产生H2的电极方程式是 。
②改变开关连接方式,可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应式,说明电极3的作用: 。
(3)CH4和CO2都是比较稳定的分子,科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化,其原理如下图所示:
①阴极上的反应式为 。
②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1,则消耗的CH4和CO2体积比为 。
9.(1)电解法转化CO2可实现CO2的资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如图1。
图1
①写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应: 。
②电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因是 。
(2)化工生产的副产物氢也是氢气的来源。电解法可制取有广泛用途的Na2FeO4,同时获得氢气:Fe+2H2O+2OH-Fe+3H2↑,工作原理如图2所示。装置通电后,铁电极附近生成紫红色Fe,镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高,铁电极区会产生红褐色物质。已知:Na2FeO4只在强碱性条件下稳定,易被H2还原。
①电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在 (填“阴极室”或“阳极室”)。
②电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,其原因: 。
③c(Na2FeO4)随初始c(NaOH溶液)的变化如图3,任选M、N两点中的一点,分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因: 。
参考答案
课时规范练22 电解池 金属的腐蚀与防护
1.B 解析 电子不能进入溶液中,A项错误;由图可知铁电极为阴极,水电离出的氢离子在阴极得电子生成氢气,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,阴极附近OH-浓度增大,碱性增强,使酚酞溶液变红,B项正确;若M为CuSO4溶液,Cu在铁电极表面析出,C项错误;若将电源反接,铁作阳极,则铁失电子生成Fe2+,石墨作阴极,水电离出的氢离子在阴极得到电子生成氢气,溶液中的OH-浓度增大,Fe2+和OH-反应生成氢氧化亚铁沉淀,但是溶液中的氧气能够将氢氧化亚铁氧化为红褐色的氢氧化铁沉淀,则氢氧化亚铁不能较长时间保持白色,D项错误。
2.B 解析 由题干中卤素单质可以将乙醇氧化为乙醛,可判断出d极发生了氧化反应,d极为阳极,则c极为正极,b极为负极,A正确;d极的电极反应为2I--2e-I2,溶液中发生反应:CH3CH2OH+I2+2OH-CH3CHO+2H2O+2I-,当电路中转移1mle-时,d极产生0.5mlCH3CHO,B错误;a极上产生HCOO-,需要补充阳离子保持溶液呈电中性,所以e为阳离子交换膜,同理f为阴离子交换膜,C正确;a极上CO2转化为HCOO-,发生还原反应,电极反应为CO2+2e-+H2OHCOO-+OH-,D正确。
3.D 解析 左侧电极为阳极,应连接电源正极,即a、b相连的分别是电源的正极、负极,故A项正确;右侧石墨极为阴极,水中的H+得电子,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,故B项正确;A膜、C膜为阳离子交换膜,B膜为阴离子交换膜,故C项正确;阳极室的Ca2+透过A膜进入产品室,产品室中的Ca2+浓度增大,Na+透过C膜进入阴极室,原料室的Na+浓度减小,故D项错误。
4.A 解析 A为直流电源的负极,糠醛在阴极表面得到电子被还原为糠醇,A错误;根据同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,通电时双极性膜将水解离为H+和OH-,阳离子H+向负电荷较多的阴极室方向移动,B正确;在阳极室,糠醛失去电子被氧化为糠酸盐,发生的反应为+2MnO2+OH-+2MnO(OH),C正确;电解时,阳极上MnO(OH)失去电子发生氧化反应产生MnO2,所以阳极的电极反应为MnO(OH)-e-MnO2+H+,D正确。
5.C 解析 苯为平面结构,硝基为平面结构,单键可旋转,故所有原子可能共面,A正确;a极的电极反应为RCH2NH2-4e-+4OH-RCN+4H2O,RCH2NH2发生氧化反应,电极a为阳极,消耗OH-,为保持电中性,右端OH-通过阴离子交换膜移向左端,该离子交换膜是阴离子交换膜,B正确、D正确;a为阳极,b为阴极,电极a的电极电势高于电极b,C错误。
6.D 解析 由图可知捕获CO2过程的初期CO2与O2-反应生成C和C2,元素化合价不变,为非氧化还原反应,A错误;CCl4不能导电,无法形成电解池,B错误;d极电极上C得电子生成C,电极反应为C+4e-C+3O2-,C错误;碳元素的化合价由+4价变为0价,则转移1ml电子可捕获标准状况下5.6LCO2,D正确。
7.AD 解析 Fe3+、O2在左侧电极得电子发生还原反应,所以电源的A极为负极,A错误;B是正极,与电源B极相连的电极发生氧化反应,电极反应为H2O-e-H++·OH,B正确;根据图示,H2O2与Fe2+发生反应生成[Fe(OH)]2+、·OH,反应的化学方程式为H2O2+Fe2+[Fe(OH)]2++·OH,C正确;标准状况下,22.4LO2的物质的量为1ml,每消耗1mlO2生成1mlH2O2,根据H2O2+Fe2+[Fe(OH)]2++·OH可知,1mlH2O2和1mlFe2+反应生成1ml·OH,每生成1mlH2O2和1mlFe2+需消耗3mle-,则阳极失去3mle-,生成3ml·OH,整个电解池中理论上可产生4ml·OH,D错误。
8.答案 (1)Fe电极 Fe+2+H2↑[或Fe+2C5H6Fe(C5H5)2+H2↑] 水会阻碍中间物Na的生成;水会电解生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2
(2)①K1 2H2O+2e-H2↑+2OH- ③制H2时,电极3发生反应:Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O。制O2时,上述电极反应逆向进行,使电极3得以循环使用
(3)①CO2+2e-CO+O2- ②6∶5
解析 (1)根据Fe的化合价升高为+2价可知,Fe发生氧化反应,故Fe作阳极;根据二茂铁的分子式可知,两个环戊二烯去掉2个H原子,再结合所给信息,可得总反应方程式为Fe+2+H2↑或Fe+2C5H6Fe(C5H5)2+H2↑。有水存在的条件下,Na+不能得到电子生成Na,而是H2O得电子生成H2和OH-,OH-会与Fe2+反应生成Fe(OH)2。
(2)①根据题图中电极3的转化关系可知,制H2时,连接K1。碱性条件下,生成H2的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-。
③①中电极3反应式为Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O,消耗生成H2时产生的OH-。而②中电极3的电极反应式为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,补充生成O2所需的OH-,同时保证电极3得以循环使用。
(3)由题图可知,阳极上CH4转化成C2H6、C2H4、H2O:
2CH4-2e-+O2-C2H6+H2O,
2CH4-4e-+2O2-C2H4+2H2O。
阴极上CO2转化成CO和O2-:CO2+2e-CO+O2-。
相同条件下,气体的体积比等于气体的物质的量之比,若生成乙烯和乙烷的体积比为2∶1,则每生成2mlC2H4、1mlC2H6,转移电子10ml、消耗6mlCH4,根据得失电子守恒可知消耗5mlCO2。则消耗的CH4和CO2的体积比为6∶5。
9.答案 (1)①CO2+H++2e-HCOO-(或CO2+HC+2e-HCOO-+C) ②阳极产生O2和H+,HC浓度降低;部分K+迁移至阴极区
(2)①阳极室 ②防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 ③M点:c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢[或N点:c(OH-)过高,铁电极上有Fe(OH)3生成,使Na2FeO4产率降低]
解析 (1)①CO2中的C元素为+4价,HCOO-中的C元素为+2价,1mlCO2转化为HCOO-时,得2mle-。②阳极上水放电,生成O2和H+,H+会与HC反应使HC减少,由电荷平衡可知,K+会移向阴极区,所以KHCO3溶液浓度降低。
(2)①根据题意,镍电极与电池的负极相连,为阴极,则镍电极有气泡产生是水电离出的H+得电子生成H2,阴极的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,阳极的电极反应为Fe-6e-+8OH-Fe+4H2O,阳极室中OH-的消耗大于补充,因此电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在阳极室。②Na2FeO4易被H2还原,因此电解过程中,须将阴极产生的H2及时排出,防止Na2FeO4与H2反应使产率降低。③根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定,在M点:c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢;根据题意若NaOH溶液浓度过高,铁电极区会产生红褐色物质,在N点:c(OH-)过高,铁电极上有Fe(OH)3生成,使Na2FeO4产率降低。