高中化学鲁科版专题复习 专题十四电解池金属的腐蚀与防护测试题

专题十四　电解池　金属的腐蚀与防护

考点1  电解原理及其应用

1.科学家发现对冶金硅进行电解精炼提纯可降低高纯硅制备成本。相关电解槽装置如图所示,用Cu-Si合金作硅源,在950 ℃利用三层液熔盐进行电解精炼,有关说法正确的是              (　　)

A.电子由液态Cu-Si合金流出,流入液态铝电极

B.液态铝电极与正极相连,作电解池的阳极

C.在该液相熔体中Cu优先于Si被氧化,Si4+优先于Cu2+被还原

D.三层液熔盐的作用是使电子能够在三层间自由流动

2.利用如图所示装置(电极均为惰性电极)吸收SO2,并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是              (　　)

A.a为直流电源的负极

B.阴极的电极反应式为2HS+2H++e-S2+2H2O

C.阳极的电极反应式为SO2+2H2O-2e-S+4H+

D.电解时,H+通过阳离子交换膜由阴极室到阳极室

3.电解合成1,2-二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法正确的是 (　　)

A.该装置工作时,化学能转变为电能

B.CuCl2能将C2H4还原为1,2-二氯乙烷

C.X、Y分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜

D.该装置总反应为CH2CH2+2H2O+2NaClH2+2NaOH+ClCH2CH2Cl

4.某电池研究员使用锂-磺酰氯(Li-SO2Cl2)电池作为电源电解制备Ni(H2PO2)2,其工作原理如图所示。已知电池反应为2Li+SO2Cl22LiCl+SO2↑。下列说法错误的是              (　　)

A.电池中C电极的电极反应式为SO2Cl2+2e-2Cl-+SO2↑

B.电池的e极连接电解池的h极

C.膜a是阳离子交换膜,膜c是阴离子交换膜

D.电解池中不锈钢电极的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-

5.如图是利用甲醇燃料电池进行电化学研究的装置图,下列说法正确的是 (　　)

A.甲池是化学能转化为电能的装置,总反应为2CH3OH+3O22CO2+4H2O

B.乙池中的Ag不断溶解

C.反应一段时间后要使乙池恢复原状,可加入一定量Cu(OH)2固体

D.当甲池中280 mL (标准状况下)O2参加反应时,乙池中理论上可析出1.6 g固体

6.电解法处理CO2和SO2的混合气体的原理如图所示,电解质为熔融碳酸盐和硫酸盐,通电一段时间后,Ni电极表面形成掺杂硫的碳积层。下列说法错误的是              (　　)

A.Ni电极表面发生了还原反应

B.阳极的电极反应为2O2--4e-O2↑

C.电解质中发生的离子反应只有2SO2+O2+2O2-2S

D.该过程实现了电解质中熔融碳酸盐和硫酸盐的自补充循环

7.用如图电解装置将雾霾中的SO2、NO转化为(NH4)2SO4,将其作为一种优良的氮肥。下列有关说法正确的是              (　　)

A.a与电源负极相连,发生还原反应

B.每处理1 mol NO可以生成2 mol A

C.通电后,阳极附近溶液的pH增大

D.理论上将SO2与NO以体积比为2∶5通入装置可彻底转化

8.LED系列产品是一类新型节能产品。图甲是NaBH4/H2O2燃料电池的装置示意图,图乙是LED发光二极管的装置示意图。下列叙述错误的是              (　　)

A.电池应选用阳离子交换膜,Na+向A极区移动

B.电池A极区的电极反应式为H2O2+2e-2OH-

C.每有1 mol NaBH4参加反应,转移电子数为4NA

D.要使LED发光二极管正常发光,图乙中的导线a应与图甲中的B极相连

考点2  金属的腐蚀与防护

9.在潮湿的深层土壤中,钢管主要发生厌氧腐蚀,有关厌氧腐蚀的机理有多种,其中一种理论为厌氧细菌可促使S与H2反应生成S2-,加速钢管的腐蚀,其反应原理如图所示。下列说法正确的是              (　　)

A.正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-

B.钢管腐蚀的直接产物中含有FeS、Fe(OH)2

C.S与H2的反应可表示为4H2+S-8e-S2-+4H2O

D.在钢管表面镀锌或铜可减缓钢管的腐蚀

10.研究海水中金属桥墩的腐蚀及防护是桥梁建设的重要课题。下列有关说法错误的是              (　　)

  图1　　　      　　图2

A.桥墩的腐蚀主要是析氢腐蚀

B.钢铁桥墩在海水中比在河水中腐蚀更快

C.图1辅助电极的材料可以为石墨

D.图2钢铁桥墩上发生的反应是O2+2H2O+4e-4OH-

11.[5分](1)海水中锂元素储量非常丰富,从海水中提取锂的研究极具价值。锂是制造化学电源的重要原料。LiFePO4电池中某电极的工作原理如图所示:

该电池的电解质为能传导Li+的固体材料。放电时该电极是电池的　　　　极(填“正”或“负”),该电极反应式为　                            。 

(2)用此电池电解含有0.1 mol/L CuSO4和0.1 mol/L NaCl的混合溶液100 mL,假如电路中转移了0.02 mol e-,且电解池的电极均为惰性电极,阳极产生的气体在标准状况下的体积是　    　　　L。 

12.[12分]工业上通常用CO(g)和H2(g)合成CH3OH(g)。

(1)已知某温度和压强下:

①2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH=-566 kJ·mol-1

②2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH=-483.6 kJ·mol-1

③2CH3OH(g)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 275.6 kJ·mol-1

则在相同温度和压强下,CO(g)与H2(g)合成CH3OH(g)的热化学方程式为　　　　　　　　　                            　　　。若反应生成6.4 g甲醇,则转移电子的物质的量为　　   　　。 

(2)可利用甲醇燃烧反应设计一个燃料电池。如图1所示,用Pt作电极材料,用氢氧化钾溶液作电解质溶液,在两个电极上分别充入甲醇和氧气。

　　　　　　                图1　　　　　图2

①写出燃料电池负极的电极反应式:　　　　               　　　。 

②若利用该燃料电池提供电源,与图1右边烧杯相连,在铁件表面镀铜,则铁件应是　　　　极(填“A”或“B”);当铁件的质量增重6.4 g时,燃料电池中消耗标准状况下氧气的体积为　　　　L。 

(3)电解法可消除甲醇对水质造成的污染,原理为通电后Co2+转化为Co3+,然后Co3+将甲醇氧化成CO2和H+(用石墨烯除去Co2+)。现用如图2所示装置模拟上述过程,则Co2+在阳极的电极反应式为　　　　　　　        　　　　。除去甲醇的离子方程式为　　　　　　　　　　       　　。 

一、选择题(每小题6分,共48分)

1.电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法,即保持污水的pH在5.0~6.0之间,通过电解生成Fe(OH)3胶体,Fe(OH)3胶体具有吸附作用,可吸附水中的污物而使其沉淀下来,起到净水的作用,其原理如图所示。下列说法正确的是              (　　)

A.石墨电极上发生氧化反应

B.A为CO2

C.为增强污水的导电能力,可向污水中加入适量乙醇

D.甲烷燃料电池中C向空气一极移动

2.Fenton试剂是由H2O2和Fe2+混合得到的一种强氧化剂,其反应原理如下:

Ⅰ.H2O2+Fe2+·OH+Fe3++OH-

Ⅱ.Fe2++·OHFe3++OH-

其中产生的羟基自由基(·OH)具有强氧化性,可以降解有机物,特别适用于某些难治理工业废水(如含苯酚的废水)的处理。某种处理含苯酚废水的原理示意图如图所示。下列说法正确的是              (　　)

A.b电极外接电源的负极

B.a电极的电极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-

C.电解过程中·OH会向b电极移动

D.电解一段时间后,电解液中可能会出现红褐色沉淀

3.世界水产养殖协会网介绍了一种利用电化学原理净化鱼池中水质的方法,其装置如图所示。下列说法正确的是              (　　)

A.阴极的电极反应式为2N+10e-+12H+N2↑+6H2O

B.若该装置在高温下进行,则净化效果更好

C.若有1 mol N被还原,则有6 mol H+通过质子交换膜迁移至阴极区

D.1 mol葡萄糖(C6H12O6)被完全氧化时,理论上转移20 mol e-

4.某地海水中的主要离子及其含量如下表,现利用“电渗析法”进行淡化,技术原理如图所示(两端为惰性电极,阳膜只允许阳离子通过,阴膜只允许阴离子通过)。下列有关说法错误的是              (　　)

A.甲室的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑

B.淡化过程中易在戊室形成水垢

C.乙室和丁室中部分离子的浓度增大,淡水的出口为b

D.当戊室收集到22.4 L(标准状况)气体时,通过甲室阳膜的离子的物质的量一定为2 mol

5.镍可用作催化剂和防腐镀层等。工业上可采用电解NiCl2溶液的方法制备镍,以石墨和镍为电极材料,模拟装置如图所示,已知c室最终可得到盐酸。下列说法正确的是              (　　)

A.膜2为阴离子交换膜

B.上述装置中若用稀盐酸代替稀硫酸,电解产物不变

C.电极b的电极反应式为2Cl- -2e-Cl2↑

D.电解过程中,电极a附近溶液pH不变

6.利用如下实验探究铁钉在不同溶液中的吸氧腐蚀:

下列说法错误的是 (　　)

A.上述四组实验中,正极反应式均为O2+4e-+2H2O4OH-

B.在不同溶液中,Cl-是影响吸氧腐蚀速率的主要因素

C.向实验④中加入少量(NH4)2SO4固体,吸氧腐蚀速率加快

D.在300 min内,铁钉的平均吸氧腐蚀速率:酸性溶液>中性溶液

7.某地下输油管为钢质材料,且该地下输油管所在区域内为潮湿土壤,为减缓输油管的腐蚀,科研人员设计如图所示装置保护输油管。下列叙述正确的是              (　　)

A.金属M可能是锌、锡等金属

B.输油管的保护过程是电能转化为化学能的过程

C.金属M失电子,电子沿导线源源不断地输送到输油管

D.正极的电极反应一定是O2+2H2O+4e-4OH-

8.[结合“多室”电解装置考查电化学原理]硼酸(H3BO3)为一元弱酸,已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3+OH-[B(OH)4]-,H3BO3可以通过电解的方法制备。电解Na[B(OH)4]溶液制备H3BO3的原理如图所示,下列叙述正确的是              (　　)

A.通电片刻后,从左至右,各室的pH依次增大、不变、不变、减小

B.a膜、c膜为阴离子交换膜,b膜为阳离子交换膜

C.理论上每生成1 mol H3BO3,两极室共产生标准状况下11.2 L气体

D.保持电流为3 A,电解60 min,制得H3BO3 6.2 g,则电流效率约为89%(法拉第常数为96 500 C·mol-1;电流效率η=×100%)

二、非选择题(共28分)

9.[14分]K4[Fe(CN)6]·3H2O俗称黄血盐,常用于检验Fe3+,也是食盐防结剂。以生产电石的副产物氰熔体[Ca(CN)2和NaCN的混合物]为原料,制备黄血盐的流程如下:

回答下列问题:

(1)“浸取”需控制在80 ℃以下进行,原因是　                         。 

(2)用硫酸亚铁晶体配制FeSO4溶液时还需加入　　        　　　。 

(3)对“滤液”处理可获得一种实验室常用干燥剂,它的化学式是　　   　。 

(4)“加热”使HCN气体逸出发生“反应Ⅲ”,生成K4[Fe(CN)6]、二氧化碳和氢气,该反应的化学方程式为　　　                      　。 

(5)“反应Ⅲ”后的溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、　　　　　、　　　　　、干燥即得产品。 

(6)工业上,以石墨为电极,电解亚铁氰化钾溶液可以制备铁氰化钾{K3[Fe(CN)6],可用于检验Fe2+},阳极的电极反应式为　　                     　　　。 

(7)设计如图实验探究牺牲阳极的阴极保护法原理。

得出结论:①锌能保护铁;②　　　  　　。 

10.[14分](1)以K2CrO4为原料,通过电解法可制备K2Cr2O7,电解装置原理图如图1所示:

图1

①该电解装置采用不锈钢电极和惰性电极,电极甲为　　　　电极。 

②结合化学用语说明该装置电解时生成K2Cr2O7的原理　　　　　　　　　。 

③若在电解池右侧装置中加入19.4 g K2CrO4,电解一段时间后,测得右侧装置溶液中K和Cr的物质的量的关系为n(K)=n(Cr),这段时间内电路中通过的电子约为　　　　mol(保留两位有效数字)。 

(2)过二硫酸钾(K2S2O8)在科研与工业上有重要用途。可通过“电解→转化→提纯”方法制得,电解装置示意图如图2所示。

图2

①电解时,铁电极连接电源的　　   极。 

②常温下,电解液中含硫微粒的主要存在形式与pH的关系如图3所示。

图3

在阳极放电的离子主要是HS,阳极区电解质溶液的pH范围为　　　　　,阳极的电极反应式为　　　　　　             　　。 

③往电解产品中加入硫酸钾,使其转化为过二硫酸钾粗产品,提纯粗产品的方法是　　　　　。 

(3)利用反应6NO2+8NH37N2+12H2O设计为电池可消除NO2,其简易装置如图4所示。

图4

①a极的电极反应式为　　　　　     　　　　　　　。 

②常温下,若用该电池电解0.6 L饱和食盐水,一段时间后,测得饱和食盐水pH变为13,则理论上b极消耗B气体的体积为　　　　mL(气体处于标准状况,假设电解过程中溶液体积不变)。