化学人教版 (2019)第三节 金属的腐蚀与防护练习题

第二~三节综合拔高练

五年选考练

考点1　电解原理及其应用

1.(2018课标Ⅰ,13,6分,)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下图所示,其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为:

①EDTA-Fe2+-e- EDTA-Fe3+

②2EDTA-Fe3++H2S 2H++S+2EDTA-Fe2+

该装置工作时,下列叙述错误的是(　　)

A.阴极的电极反应:CO2+2H++2e- CO+H2O

B.协同转化总反应:CO2+H2S CO+H2O+S

C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低

D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性

2.[2019课标Ⅱ,27(4),]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下图所示,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　　　　　　　　　　　　　　　。 

3.[2019江苏单科,20(2),]CO2的资源化利用能有效减少CO2排放,充分利用碳资源。

(2)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。

①写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

②电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

4.[2018课标Ⅲ,27(3),]KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。

①写出电解时阴极的电极反应式:　　　　　　　　。 

②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为　                   , 

其迁移方向是　　　　。 

考点2　金属的腐蚀与防护

5.(2019江苏单科,10,2分,)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)

A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e- Fe3+

B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能

C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀

D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀

6.(2017课标Ⅰ,11,6分,)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　)

A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零

B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩

C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流

D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整

三年模拟练

应用实践

1.(2020福建漳州平和一中等五校高二上期中联考,)下列有关电化学装置完全正确的是(　　)

2.[2020福建福州八县(市)一中高二上期中,]下列化学用语或说法正确的是(　　)

A.用铁作阳极电解熔融Al2O3生产金属铝

B.钢铁吸氧腐蚀的正极反应:O2+2H2O+4e- 4OH-

C.粗铜(含Zn、Fe、Ag、Au等杂质)精炼中产生的阳极泥的成分只有Au

D.用石墨作电极电解饱和食盐水:2H++Cl- Cl2↑+H2↑

3.(2020重庆育才中学高二上期中,)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,示意图如下。

下列说法不正确的是(　　)

A.腐蚀过程中铜极上始终只发生:2H++2e- H2↑

B.若水膜中溶有食盐将加快铁铆钉的腐蚀

C.若在金属表面涂一层油脂能防止铁铆钉被腐蚀

D.若将该铜板与直流电源的负极相连,则铁、铜均难被腐蚀

4.(2020黑龙江哈尔滨三十二中高二上期末,)用滴有酚酞和氯化钠溶液的湿润滤纸分别做甲、乙两个实验,下列判断不正确的是(　　)

A.b极附近有气泡冒出

B.d极附近出现红色

C.a、c极上都发生氧化反应

D.甲中的铁比乙中的铁更易被腐蚀

5.(2020天津静海一中高二上期末,)电解Na2CO3溶液制取NaHCO3溶液和NaOH溶液的装置如下图所示。下列说法中不正确的是(　　)

A.阴极产生的物质A是H2

B.物质B是NaCl,其作用是增强溶液导电性

C.阳极OH-放电,H+浓度增大,C转化为HC

D.溶液中Na+由阳极室向阴极室迁移

6.(2020江西南昌八一中学高二上期末,)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,中间隔室的Na+和S可通过离子交换膜,而两端隔室中的离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是　(深度解析)

A.通电后中间隔室的S向正极区迁移,正极区溶液pH增大

B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品

C.负极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,负极区溶液pH降低

D.当电路中通过1 mol电子时,会有0.5 mol的O2生成

7.(2020江西南昌二中高二上期末,)H3BO3(一元弱酸)可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备,其工作原理如图所示,下列叙述错误的是(　　)

A.M室发生的电极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+

B.N室中:a%<b%

C.b膜为阴膜,产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸

D.理论上每生成1 mol产品,阴极室可生成标准状况下5.6 L气体

8.(2020河北石家庄六校高二上期中联考,)如图所示装置中,a、b都是惰性电极,通电一段时间后,b极附近溶液呈红色,则下列说法正确的是(　　)

A.X是正极,Y是负极,CuSO4溶液的pH逐渐减小

B.X是正极,Y是负极,CuSO4溶液的pH保持不变

C.X是负极,Y是正极,CuSO4溶液的pH逐渐减小

D.X是负极,Y是正极,CuSO4溶液的pH保持不变

9.(2020山东济南高三上期末,)2019年诺贝尔化学奖授予M.Stanley Whittingham、John B.Goodenough和Akira Yoshino三位科学家,以表彰他们在锂离子电池发展上作出的杰出贡献。以石墨烯和金属锂为电极的锂—空气电池原理如图所示。下列关于该电池的说法错误的是(　　)

A.锂电极的电极反应为Li-e- Li+

B.空气中的O2在石墨烯电极上发生还原反应

C.电池工作时电流从锂电极沿导线流向石墨烯电极

D.电池工作时锂离子向石墨烯电极方向移动

10.(2020江苏徐州期末,)图为镍锌可充电电池放电时电极发生物质转化的示意图,电池使用KOH和K2Zn(OH)4为电解质,下列叙述正确的是(　　)

A.放电时,电子沿导线由b极移向a极

B.放电时,b极反应为H++NiO(OH)+e- Ni(OH)2

C.充电时,a极附近溶液的pH升高

D.放电时,溶液中的K+移向负极

迁移创新

11.(2020天津部分区高二上期末,)新能源汽车所用蓄电池分为铅酸蓄电池、二次锂电池、空气电池等类型。请回答下列问题:

(1)2019年诺贝尔化学奖授予了为锂离子电池发展作出贡献的三位科学家。如图所示为水溶液锂离子电池体系。放电时,电池的负极是　　　　(填“a”或“b”),溶液中Li+从　　　　迁移(填“a向b”或“b向a”)。 

(2)铅酸蓄电池是最常见的二次电池,电压稳定,安全可靠,价格低廉,应用广泛。电池总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l)。

①放电时,正极的电极反应是　　　　　　　　　　　　　　,电解质溶液中硫酸的浓度　　　　(填“增大”“减小”或“不变”),当外电路通过0.5 mol e-时,理论上负极板的质量增加　　　　g。 

②用该蓄电池作电源,进行粗铜(含Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼。如图所示,电解液c选用　　　　溶液,A电极的材料是　　　　,B电极反应是　　　　　　　　　　。 

③用该蓄电池作电源,A、B为石墨电极,c为氯化钠溶液,进行电解。则A电极产生的气体是　　　　,B电极附近溶液的pH　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 

答案全解全析

五年选考练

1.C　本题考查电解原理的应用。由石墨烯电极区反应①可知该极发生氧化反应,为阳极,则ZnO@石墨烯为阴极。阴极的电极反应为CO2+2H++2e- CO+H2O,A正确;装置工作时涉及三个反应,Fe2+与Fe3+的转化循环进行,总反应为CO2与H2S之间的反应,根据得失电子守恒可知总反应为CO2+H2S CO+H2O+S,B正确;石墨烯与电源正极相连,ZnO@石墨烯与电源负极相连,故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高,C错误;Fe2+、Fe3+均在酸性环境中稳定存在,D正确。

2.答案　Fe电极

 　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

解析　根据反应历程可知,铁电极溶解生成了Fe2+,故应让Fe电极作电解池的阳极;由反应历程可知,反应物为Fe与环戊二烯,生成物为二茂铁和H2,再根据原子守恒写出总反应式;反应历程中有Na生成,水会阻碍Na的生成,且电解过程中水会在阴极生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2。

3.答案　(2)①CO2+H++2e- HCOO-或CO2+HC+2e- HCOO-+C

②阳极产生O2,pH减小,HC浓度降低;K+部分迁移至阴极区

解析　(2)①CO2、HCOO-中碳元素化合价分别为+4、+2价,阴极电极反应式为CO2+2e-+H+HCOO-。

②阳极区生成O2:4OH--4e-O2↑+2H2O(或2H2O-4e- O2↑+4H+),溶液pH减小,HC与H+反应生成CO2逸出,K+部分通过阳离子交换膜移向阴极区,故阳极区KHCO3溶液浓度降低。

4.答案　①2H2O+2e- 2OH-+H2↑　②K+　a到b

解析　①观察电解装置图知,惰性电极a为阳极,惰性电极b为阴极,在碱性条件下,阴极的电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-。

②电解过程中,阳极I2失去电子生成I,即I2-10e-+12OH- 2I+6H2O,通过阳离子交换膜的离子主要为K+,迁移方向是从a到b。

5.C　铁作负极,Fe-2e- Fe2+,A不正确;电化学腐蚀过程中化学能部分转化为电能,还有部分转化为热能,B不正确;活性炭可作为原电池的正极,加快负极铁的腐蚀,C正确;以水代替NaCl溶液,铁仍然能发生吸氧腐蚀,只是吸氧腐蚀的速率会减慢,D不正确。

6.C　将被保护的金属(钢管桩)与电源的负极相连,外加保护电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流,使钢管桩表面腐蚀电流接近于零,A项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,阳极上发生氧化反应,失去电子,电子从高硅铸铁流向钢管桩,B项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,只是用于传递电流,故阳极材料不损耗,C项错误;金属的腐蚀受环境的影响,故通入的电流要根据环境条件的变化及时进行调整,D项正确。

三年模拟练

1.C　与电源负极相连的为阴极,铜的冶炼中粗铜作阳极,A错误;铁上镀银,铁应作阴极,银作阳极,硝酸银溶液作电解质溶液,B错误;铁作电解池的阴极,被保护,C正确;应将Zn插入ZnSO4溶液,Cu插入CuSO4溶液,才能构成原电池,D错误。

2.B　电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极,则阳极放电的是金属铁,电极被损耗,不符合生产实际,A错误;钢铁发生吸氧腐蚀时,正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应为2H2O+O2+4e- 4OH-,B正确;粗铜(含Zn、Fe、Ag、Au等杂质)作阳极,阳极泥的成分为比铜不活泼的金属和非金属,所以阳极泥的成分为Ag、Au等,C错误;用石墨作电极电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氯气和氢气,离子方程式为2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-,D错误。

3.A　根据题图可知,左侧Cu上发生吸氧腐蚀,右侧Cu上发生析氢腐蚀,则右侧铜极上的反应是2H++2e- H2↑,左侧铜极上的反应是O2+4e-+4H+ 2H2O,A错误;若水膜中溶有食盐,增强了吸氧腐蚀介质的导电性,将加快铁铆钉的腐蚀,B正确;在金属表面涂一层油脂,能使金属与氧气隔离,不能构成原电池,所以能防止铁铆钉被腐蚀,C正确;若将该铜板与直流电源的负极相连,相当于电解池的阴极,铁、铜均受到保护而不易被腐蚀,D正确。

4.A　题图甲构成原电池,题图乙为电解池,b极是正极,电极反应为2H2O+O2+4e- 4OH-,所以无气泡冒出,A错误;题图乙中d极上电极反应为2H2O+2e- H2↑+2OH-,d极附近溶液呈碱性,酚酞遇碱变红,B正确;a是原电池的负极,发生氧化反应,c是电解池的阳极,发生氧化反应,所以a、c极上都发生氧化反应,C正确;甲中的铁是原电池的负极被腐蚀,而乙中的铁是电解池的阴极被保护,所以甲中的铁比乙中的铁更易被腐蚀,D正确。

5.B　阴极反应是2H2O+2e- H2↑+2OH-,故A正确;物质B是NaOH,其作用是增强溶液导电性,故B错误;阳极反应是2H2O-4e- O2↑+4H+,H+浓度增大,C转化为HC,故C正确;阳离子移向阴极,故D正确。

6.B　在电解池中阴离子向阳极区定向移动,因此通电后中间隔室的S向正极区迁移;在正极区水电离出的OH-放电,发生氧化反应,破坏了附近的水的电离平衡,使溶液中c(H+)>c(OH-),所以正极区溶液酸性增强,溶液的pH减小,A错误。正极区水电离出的氢氧根离子放电,溶液中产生硫酸,负极区水电离出的氢离子放电,溶液中产生氢氧化钠,因此该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品,B正确。负极区水电离出的氢离子放电,使溶液中c(OH-)增大,所以负极区溶液pH升高,C错误。当电路中通过1 mol电子时,根据整个闭合回路中电子转移数目相等可知产生氧气的物质的量是n(O2)=1 mol÷4=0.25 mol,D错误。

反思升华　电化学是历年高考的重要考点之一,考查的内容有:提供电极材料和电解质溶液判断能否形成原电池,原电池电极名称的判断及电极反应的书写,提供反应方程式设计原电池、电解池(包括电镀池、精炼池),根据电解时电极质量或溶液pH的变化判断电极材料或电解质种类,电解产物的判断和计算,结合图像考查电极质量或电解质溶液溶质质量分数的变化等。

7.D　M室为阳极室,发生氧化反应,电极反应为2H2O-4e- O2↑+4H+,A正确;N室为阴极室,溶液中水电离出的H+得电子发生还原反应,生成H2,促进水的电离,溶液中OH-浓度增大,则a%<b%,B正确;M室中的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室中的B(OH穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3BO3和H2O,则b膜为阴膜,C正确;M、N室电极反应分别为2H2O-4e- O2↑+4H+、2H2O+2e- H2↑+2OH-,M室生成1 mol H+、N室生成0.5 mol H2,H++B(OH H3BO3+H2O,则理论上每生成1 mol产品,阴极室生成的气体在标准状况下的体积是11.2 L,D错误。

8.A　b极附近溶液呈红色,说明NaCl溶液中的氢离子放电,溶液中的氢氧根离子浓度增大,溶液显碱性,则b极为电解池的阴极,Y为电源的负极,X为电源的正极,电解硫酸铜溶液,Pt为阳极,Cu为阴极,在阳极上氢氧根离子失电子,所以氢离子浓度增大,溶液pH减小。

9.C　在锂—空气电池中,锂失电子作负极,负极反应为Li-e- Li+,A正确;以空气中的氧气作为正极反应物,则空气中的O2在石墨烯电极上发生还原反应,B正确;电池工作时电流从正极石墨烯电极沿导线流向负极锂电极,C错误;电池工作时锂离子向正极石墨烯电极方向移动,D正确。

10.C　放电时,电子由负极移向正极,即电子沿导线由a极移向b极,A错误;放电时,b极反应为NiO(OH)+H2O+e- Ni(OH)2+OH-,B错误;充电时属于电解池,阴极发生还原反应,阴极反应为Zn(OH+2e- Zn+4OH-,阴极附近溶液的pH会升高,C正确;放电时,电解质溶液中阳离子向正极移动,则溶液中K+移向正极,D错误。

11.答案　(1)b　b向a

(2)①PbO2+2e-+4H++S PbSO4+2H2O　减小　24　

②CuSO4　粗铜　Cu2++2e- Cu　③氯气　增大

解析　(1)该电池中,Li易失电子作负极,所以a是正极、b是负极,放电时,电解质溶液中阳离子向正极移动、阴离子向负极移动。

(2)①由铅酸蓄电池总反应可知,正极电极反应为PbO2+2e-+4H++S PbSO4+2H2O;由PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2O可知,放电时消耗酸,则电解质溶液中硫酸的浓度减小;负极反应为Pb-2e-+S PbSO4,负极板由Pb→PbSO4,增加了S,所以通过0.5 mol e-时,理论上负极板的质量增加0.5 mol×=24 g。②粗铜的电解精炼中,粗铜作阳极,纯铜作阴极,A是阳极,则A极材料是粗铜,B为阴极,该极上铜离子得电子生成金属铜,即电极反应为Cu2++2e- Cu,电解质溶液可选用CuSO4溶液。③根据电流方向知,A是电解池阳极,B是电解池阴极,电解氯化钠溶液时,阳极上是氯离子失电子的,生成氯气,阴极上是水电离出的氢离子得电子生成氢气,促进水的电离,溶液碱性增强,pH增大。