备考2024届高考化学一轮复习分层练习第六章化学反应与能量变化第6讲电解池工作原理的常规应用及金属的腐蚀与防护

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1.[2024福建三明一中考试]金属腐蚀造成的损失约占国民生产总值的2％～4％。下列有关说法错误的是（ B ）
A.改变金属的结构可将金属制成防腐的合金
B.喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化是金属防护的物理方法
C.黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿与金属的电化学防护有关
D.将钢闸门连接直流电源的负极可以起到防护作用
解析 A项，在金属中添加其他金属或非金属，改变金属的结构，可以制成优异的抗腐蚀性合金，正确；B项，喷油漆、涂油脂是金属防护的物理方法，而电镀或表面钝化是金属防护的化学保护方法，错误；C项，铜锌合金中，铜锌可构成原电池，锌作负极，铜作正极，延缓铜的腐蚀，与金属的电化学防护有关，正确；D项，将钢闸门连接直流电源的负极，这是用外加电流法把钢铁设备作为阴极而被保护，正确。
2.[2023山东枣庄考试]“外加电流法”和“牺牲阳极法”均可有效防止铁发生电化学腐蚀。下列说法错误的是（ C ）
A.铁发生电化学腐蚀的原因是在其表面形成了原电池
B.利用“外加电流法”时，铁连接电源负极
C.“牺牲阳极法”利用了电解池原理
D.两种保护法中都要采用辅助阳极
解析 “牺牲阳极法”利用了原电池原理，和铁相连接的金属活泼性比铁强，形成原电池时，铁作正极被保护，C项错误。
3.[上海高考]关于下列装置，叙述错误的是（ A ）
A.石墨电极反应O2＋4H＋＋4e－2H2O
B.鼓入少量空气，会加快Fe的腐蚀
C.加入少量NaCl，会加快Fe的腐蚀
D.加入HCl，石墨电极反应式：2H＋＋2e－H2↑
解析 由装置图可知，铁作负极，石墨作正极，石墨电极上氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O4OH－，A项错误；鼓入少量空气，增加氧气的量会加快Fe的腐蚀，B项正确；加入少量NaCl，电解质溶液导电能力增强，会加快Fe的腐蚀，C项正确；加入HCl，正极H＋得电子生成H2，电极反应式为2H＋＋2e－H2↑，D项正确。
4.利用电镀原理，在铁制品上镀上一层镍，下列说法正确的是（ C ）
A.X为铁制品，发生还原反应：Ni2＋＋2e－Ni
B.Y为电解质溶液，可以是FeSO4溶液
C.电镀前后，电解质溶液的浓度不变
D.电镀时，溶液中的金属阳离子向X极移动
解析 电镀时，X作阳极，为镍，Z作阴极，为铁制品，Y可以为NiSO4溶液。X为镍，发生氧化反应：Ni－2e－Ni2＋，A项错误；Y为电解质溶液，不能是FeSO4溶液，可以是NiSO4溶液，B项错误；由电镀原理知，电镀前后，电解质溶液的浓度不变，C项正确；电镀时，溶液中的金属阳离子向阴极移动，Z为阴极，向Z极移动，D项错误。
5.[浙江高考]在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，
下列说法不正确的是（ D ）
A.电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气
B.离子交换膜为阳离子交换膜
C.饱和NaCl溶液从a处进，NaOH溶液从d处出
D.OH－迁移的数量等于导线上通过电子的数量
解析 电极A上产生氯气，说明电极A上氯离子失去电子生成氯气，该反应是氧化反应，故电极A为阳极，A正确；电极B上的电极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，为了避免氯气和生成的OH－发生反应，需要选择阳离子交换膜，B正确；阳极消耗氯离子，所以饱和氯化钠溶液从a处进，电极B为阴极，阴极区产生氢氧化钠，所以NaOH溶液从d处出，C正确；电解过程中发生迁移的离子是Na＋，不是OH－，D错误。
6.镓（Ga）的化学性质与铝相似，电解精炼法提纯镓的原理如图。已知三种金属活动性顺序为Zn＞Ga＞Fe。下列说法错误的是（ B ）
A.阳极泥的主要成分是铁和铜
B.阴极反应式为Ga3＋＋3e－Ga
C.电子流向为粗Ga→N极、M极→高纯Ga
D.若电压过高，阴极可能会产生H2，导致电解效率下降
解析
7.[2023北京东城区模拟]用如图所示的实验装置，按下列实验设计不能完成的是（ B ）
解析 开关K置于A处，该装置为电解池，铁棒作阴极，被保护（外加电流的阴极保护法），能减缓铁的腐蚀，A项实验设计能完成；开关K置于B处，该装置为原电池，X为锌棒，锌比铁活泼，故锌为负极，铁作正极被保护（牺牲阳极的阴极保护法），B项实验设计不能完成；开关K置于A处，该装置为电解池，X为铜棒，铁棒为阴极，铜棒为阳极，铜失电子形成铜离子进入溶液，溶液中的铜离子在铁棒上得电子生成铜单质，能实现在铁棒上镀铜，C项实验设计能完成；开关K置于B处，该装置为原电池，X为铜棒，溶液含H＋、SO42－，铁比铜活泼，铁为负极，铜为正极，正极上氢离子得电子生成氢气，有气泡产生，可以比较铁和铜的金属活动性强弱，D项实验设计能完成。
8.[山东高考]采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是（ D ）
A.阳极反应为2H2O－4e－4H＋＋O2↑
B.电解一段时间后，阳极室的pH未变
C.电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
D.电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
解析 结合题图，可知a极上产生O2，发生水被氧化生成O2的反应，即a极为阳极，b极为阴极，则阳极的电极反应式为2H2O－4e－4H＋＋O2↑，阴极的电极反应式为2H＋＋O2＋2e－H2O2。结合上述分析可知，A项正确；电解一段时间后，溶液中H＋浓度未变，即阳极室的pH未变，B项正确；电解过程中H＋通过质子交换膜，从a极区向b极区迁移，C项正确；由阴、阳极的电极反应式，可知电解一段时间后，b极消耗O2的量是a极生成O2的量的2倍，即a极生成的O2与b极反应的O2的量不相等，D项错误。
9.[2024山东泰安质检改编] 二氧化氯（ClO2，黄绿色易溶于水的气体）是一种安全稳定、高效低毒的消毒剂。工业上通过用惰性电极电解氯化铵溶液和盐酸的方法制备ClO2的原理如图所示。下列说法正确的是（ D ）
A.a极与电源的负极连接，在b极区流出的Y溶液是浓盐酸
B.电解池a极上发生的电极反应为NH4＋＋ 6e－＋3Cl－ NCl3＋4H＋
C.当有0.3 ml阴离子通过阴离子交换膜时，二氧化氯发生器中产生1.12 L NH3
D.二氧化氯发生器内发生的氧化还原反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶6
解析 由装置图可知，a极NH4Cl转化为NCl3，N元素化合价升高，发生氧化反应，a极为阳极，电极反应式为NH4＋－6e－＋3Cl－NCl3＋4H＋，b极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－H2↑，B项错误。a极为阳极，与电源的正极连接，在b极区氢离子得电子生成氢气，氯离子通过阴离子交换膜移向a极，所以在b极区流出的Y溶液是稀盐酸，A项错误。未说明氨气是否在标准状况下，不能确定气体体积，C项错误。二氧化氯发生器内发生的氧化还原反应为6ClO2－＋NCl3＋3H＋6ClO2↑＋NH3↑＋3Cl－，其中氧化剂为NCl3，还原剂为ClO2－，二者物质的量之比为 1∶6，D项正确。
10.[2023清华大学附属中学测试改编]通过电化学手段将废物资源化利用、变废为宝是值得关注的研究方向。回答下列问题：
（1）利用铜基配合物催化剂电催化还原CO2制备碳基燃料（包括CO、烷烃和酸等），是减少CO2在大气中累积和实现可再生能源有效利用的关键手段之一，其装置原理如图1所示。
图1
①电解池工作过程中，Pt电极附近溶液的pH 减小 （填“增大”或“减小”）。
②电路中每转移2ml电子，阴极室溶液质量增加 46 g。
（2）利用电解装置可以将汽车尾气中的NO转化为尿素CO（NH2）2，其工作原理如图2所示。
图2
①阴极的电极反应式为 CO2＋2NO＋10H＋＋10e－CO（NH2）2＋3H2O 。
②反应一段时间后，阳极区溶液的pH基本不变，结合化学用语解释原因： 阳极发生反应：H2－2e－2H＋，产生的H＋通过质子交换膜移向阴极，因此阳极区溶液的pH基本不变 。
解析 （1）①电解池工作过程中，Pt电极发生氧化反应，作阳极，电极反应式为2H2O－4e－4H＋＋O2↑，生成的H＋会通过质子交换膜迁移至阴极，故Pt电极附近溶液中H＋的物质的量不变，但反应消耗了H2O，使H＋的浓度增大，故Pt电极附近溶液的pH减小。②石墨烯电极为阴极，阴极反应式是CO2＋2e－＋2H＋HCOOH，电路中每转移2 ml电子，阴极室溶液吸收1 ml CO2，从阳极室移入2 ml H＋，所以阴极室溶液质量增加46 g。（2）①由题图2知，阴极是CO2和NO反应生成CO（NH2）2，则电极反应式为CO2＋2NO＋10H＋＋10e－CO（NH2）2＋3H2O。②阳极是H2失电子放电，电极反应式为H2－2e－2H＋，每转移 2 ml电子，就有2 ml H＋通过质子交换膜移向阴极，因此反应一段时间后，阳极区溶液的pH基本不变。
11.[双极制氢][2024河北沧州联考]一种以KOH溶液为电解质溶液，利用甲醛部分电氧化反应来实现阴阳两极同时制氢的有效策略，总反应为HCHO＋OH－HCOO－＋H2，单位时间内两电极产生等量氢气。下列说法错误的是（ C ）
A.电极B电势高于电极A，电极A有电子流入
B.阳极的电极反应式为2HCHO－2e－＋4OH－2HCOO－＋H2＋2H2O
C.标准状况下，该装置产生11.2 L H2时，电路中转移1 ml电子
D.阳极室溶液pH减小，阴极室溶液pH增大
解析 电极A表面发生还原反应2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，则电极A是阴极，电极B是阳极，电极B电势较高，电极A有电子流入，A项正确。两电极产生H2的速率相等，结合总反应HCHO＋OH－HCOO－＋H2可知，阳极的电极反应式为2HCHO－2e－＋4OH－2HCOO－＋ H2＋2H2O，B项正确。生成0.5 ml H2时，在两电极上各生成 0.25 ml，电路中转移 0.5 ml电子，C项错误。电路中转移2 ml电子时，阴极室生成2 ml OH－，同时有2 ml OH－通过离子交换膜迁移至阳极，水的消耗使碱性溶液的pH增大；电路中转移2 ml电子时，阳极室消耗4 ml OH－，同时有2 ml OH－通过离子交换膜进入阳极室，OH－数目减少使碱性溶液的pH减小，D项正确。选项
实验目的
实验设计
A
减缓铁的腐蚀
X为石墨棒，溶液含Na＋、Cl－，开关K置于A处
B
模拟铁的吸氧腐蚀
X为锌棒，溶液含Na＋、Cl－，开关K置于B处
C
在铁棒上镀铜
X为铜棒，溶液含[Cu（NH3）4]2＋、SO42－，开关K置于A处
D
比较铁和铜的金属活动性强弱
X为铜棒，溶液含H＋、SO42－，开关K置于B处