人教版高考化学一轮复习考点练17电解池金属的腐蚀与防护含答案

这是一份人教版高考化学一轮复习考点练17电解池金属的腐蚀与防护含答案，共12页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。

1.下列装置的线路接通后,经过一段时间,溶液的pH明显减小的是( )。
答案:D
解析:A项,该装置是原电池装置,H+放电生成氢气,溶液的pH增大,A项错误。B项,阳极发生反应:2OH-+Cu-2e-Cu(OH)2,阴极发生反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-,总反应:Cu+2H2OCu(OH)2+H2↑,反应消耗了水使溶液的pH增大,B项错误。C项,电解NaCl溶液,总反应:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,生成氢氧化钠使溶液的pH增大,C项错误。D项,电解硫酸铜溶液的总反应:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,生成硫酸使溶液的pH减小,D项正确。
2.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
答案:C
解析:D项,用水代替NaCl溶液,Fe和炭也可以构成原电池,Fe失去电子,空气中的O2得到电子,铁发生吸氧腐蚀,错误。
3.化学用语是学习化学的重要工具,下列用来表示物质变化的化学用语正确的是( )。
A.用铜作阴极,石墨作阳极,电解饱和食盐水时,阳极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑
B.铅酸蓄电池放电时的正极反应式为SO42-+Pb-2e-PbSO4
C.粗铜精炼时,与电源正极相连的应是粗铜,该极发生的电极反应只有Cu-2e-Cu2+
D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式为Fe-2e-Fe2+
答案:A
解析:铅酸蓄电池放电时的正极反应式为4H++SO42-+PbO2+2e-PbSO4+2H2O,负极反应式为Pb-2e-+SO42-PbSO4,B项错误。粗铜精炼时,与电源正极相连的应是粗铜,该极发生的电极反应除Cu-2e-Cu2+外,还有比铜活泼的杂质金属失电子的反应,C项错误。钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe-2e-Fe2+,D项错误。
4.(双选)三室式电渗析法处理含NH4NO3废水的原理如图所示,在直流电源的作用下,两膜中间的NH4+和NO3-可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。工作一段时间后,在两极区均得到副产品NH4NO3。下列叙述正确的是( )。
A.a极为电源负极,b极为电源正极
B.c膜是阴离子交换膜,d膜是阳离子交换膜
C.阴极电极反应式为12H++2NO3-+10e-N2↑+6H2O
D.当电路中通过1 ml电子的电量时,阳极会有5.6 L (标准状况)O2生成
答案:AD
解析:根据题意两极均得到副产物NH4NO3,可知Ⅱ室废水中的NH4+移向Ⅰ室、NO3-移向Ⅲ室,根据电解过程中离子的移动原理,可知Ⅰ室石墨电极为阴极、Ⅲ室石墨电极为阳极。阴极所连的a极为电源负极,b极为电源正极,A项正确。NH4+能通过c膜,故c膜应为阳离子交换膜,同理可知d膜为阴离子交换膜,B项错误。阴极上H+得电子生成氢气,C项错误。电路中通过1 ml电子时,阳极产生的氧气为5.6 L(标准状况),D项正确。
5.利用电解质溶液的浓度对电极电势的影响,可设计浓差电池。如图为一套浓差电池和电解质溶液再生的配套装置示意图,闭合开关K之前,两个Cu电极的质量相等。下列有关这套装置的说法中错误的是( )。
A.循环物质E为水
B.乙池中Cu电极为阴极,发生还原反应
C.甲池中的电极反应式为Cu2++2e-Cu
D.若外电路中通过1 ml电子,两电极的质量差为64 g
答案:B
解析:由阴离子SO42-的移动方向可知,右边Cu电极为负极,发生反应Cu-2e-Cu2+,Cu电极失去电子,发生氧化反应;左边的电极为正极,发生反应Cu2++2e-Cu,当电路中通过1 ml电子,左边电极增加32 g,右边电极减少32 g,两极的质量差变为64 g。电解质再生池是利用太阳能将CuSO4稀溶液蒸发,分离为CuSO4浓溶液和水后,再返回浓差电池。通过上述分析可知循环物质E为水,使稀硫酸铜溶液变为浓硫酸铜溶液,则A、C、D项正确,B项错误。
6.(2021全国乙)沿海电厂采用海水为冷却水,但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题,通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示),通入一定的电流。
下列叙述错误的是( )。
A.阳极发生将海水中的Cl-氧化生成Cl2的反应
B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
答案:D
解析:根据装置示意图以及阴、阳极都是惰性电极可知,阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑,即Cl-被氧化生成Cl2,A项正确;阴极生成氢气,溶液碱性增强,海水中存在大量的Na+,故Cl2参与反应生成NaClO,NaClO具有强氧化性,可以杀灭附着生物,B项正确;阴极生成的氢气易燃,与空气的混合气体遇明火易发生爆炸,所以应将生成的氢气及时通风稀释安全地排出,C项正确;阴极上H+得电子生成氢气,溶液中c(OH-)增大,海水中的Mg2+向阴极移动,在阴极表面形成Mg(OH)2沉淀,故在阴极表面形成积垢,需要定期处理,D项错误。
7.(2021广东卷)钴(C)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是( )。
A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B.生成1 ml C,Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变
D.电解总反应:2C2++2H2O2C+O2↑+4H+
答案:D
解析:电解装置工作时,Ⅰ室反应为2H2O-4e-4H++O2↑,Ⅲ室反应为C2++2e-C,H+移向Ⅱ室,Cl-移向Ⅱ室。Ⅰ室中H2SO4的物质的量不变,H2O的物质的量减小,H2SO4浓度增大,溶液pH减小;Ⅱ室中H+浓度增大,溶液pH减小,A项错误。生成1 ml C转移2 ml e-,Ⅰ室减少1 ml H2O,质量为18 g,B项错误;移除两交换膜,石墨电极上放电的是Cl-,C项错误。根据电子守恒,该电解过程的总反应为2C2++2H2O2C+O2↑+4H+,D项正确。
8.工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。已知:
①Ni2+在弱酸性溶液中发生水解;
②氧化性:Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度)。
下列说法中不正确的是( )。
A.石墨棒上发生的电极反应:4OH--4e-O2↑+2H2O
B.电解过程中,B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
C.为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水的pH
D.若将图中阳离子膜去掉,将A、B两室合并,则电解反应的总方程式发生改变
答案:B
解析:由题图可知,石墨棒与电源正极相连,作电解池的阳极,电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O,A项正确。电解过程中为平衡A、C室中的电荷,A室中的Na+和C室中的Cl-分别通过阳离子膜和阴离子膜移向B室中,使B室中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大,B项错误。因Ni2+在弱酸性溶液中易发生水解反应,且氧化性Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度),为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水的pH,C项正确。若将图中阳离子膜去掉,由于放电顺序Cl->OH-,则Cl-在阳极放电,发生反应2Cl--2e-Cl2↑,电解反应的总方程式会发生改变,D项正确。
二、非选择题
9.电解原理在化学工业中有广泛应用,不仅可以制备物质,还可以提纯和净化。
(1)电解食盐水是氯碱工业的基础。目前比较先进的方法是阳离子交换膜法,电解原理如图所示,图中的阳离子交换膜只允许阳离子通过,请回答以下问题:
①图中A极要连接电源的 (填“正”或“负”)极。
②精制饱和食盐水从图中 位置补充,氢氧化钠溶液从图中 位置流出。(填“a”“b”“c”“d”“e”或“f”)
③电解总反应的离子方程式是 。
(2)化学在环境保护中起着十分重要的作用,电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染,电化学降解NO3-的原理如图所示。
①电源正极为 (填“A”或“B”),阴极反应式为 。
②若电解过程中转移了5 ml电子,则膜左侧电解液的质量变化为 g。
答案:(1)①正 ②a d ③2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-
(2)①A 12H++2NO3-+10e-N2↑+6H2O ②45
解析:(1)①由电解食盐水装置图可知,钠离子移向右边,则左边A为阳极,所以A极要连接电源的正极。
②左边A为阳极,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,所以精制饱和食盐水从图中a位置补充;右边B为阴极,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,则生成的氢氧化钠溶液从图中d位置流出。
③电解总反应的离子方程式是2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-。
(2)①由图示知在Ag-Pt电极上NO3-发生还原反应,因此Ag-Pt电极为阴极,则B为电源负极,A为电源正极;在阴极反应是NO3-得电子发生还原反应生成N2,装置中采用质子交换膜,应只允许H+通过,则H+参与阴极反应且有H2O生成,阴极反应式为12H++2NO3-+10e-N2↑+6H2O。
②阳极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,转移5 ml电子时,阳极消耗2.5 ml H2O,产生的5 ml H+进入阴极室,阳极室质量减小45 g。
10.(1)用间接电化学法除去NO的过程,如图所示:
已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间,写出阴极的电极反应式: 。
用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理: 。
(2)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。
①用石墨作电极,在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图所示),写出阳极产生ClO2的电极反应式: 。
②电解一段时间,当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时,停止电解,通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为 ml;用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因: 。
(3)①钢铁锈蚀的图示如图a所示:
图a
图b
用箭头表示出图a中电子的运动方向;请你分析铁轨锈蚀的原因是 。
②我国的科技人员为了消除SO2的污染,变废为宝,利用原电池原理,设计由SO2和O2来制备硫酸。设计装置如图b所示,电极A、B为多孔的材料。
A极为 (填“正极”或“负极”)。
B极的电极反应式是 。
答案:(1)2H++2HSO3-+2e-S2O42-+2H2O
2NO+2S2O42-+2H2ON2+4HSO3-
(2)①2H2O+Cl--5e-ClO2↑+4H+
②0.01 在阴极发生水电离出的H+放电,H+浓度减小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移动,OH-浓度增大,pH增大
(3)①
铁为负极发生氧化反应Fe-2e-Fe2+;由于电解质溶液中有H2CO3,电离出氢离子,2H++2e-H2↑,发生析氢腐蚀。电解质溶液中又溶有氧气,2H2O+O2+4e-4OH-,发生吸氧腐蚀 ②正极 SO2+2H2O-2e-SO42-+4H+
解析:(1)阴极发生还原反应,是亚硫酸氢根离子得电子生成S2O42-,电极反应式为2HSO3-+2H++2e-S2O42-+2H2O;S2O42-与一氧化氮发生氧化还原反应,生成氮气和亚硫酸氢根,离子方程式为2NO+2S2O42-+2H2ON2+4HSO3-。
(2)①由题意可知,氯离子放电生成ClO2,由原子守恒可知,有水参加反应,同时生成氢离子,电极反应式为2H2O+Cl--5e-ClO2↑+4H+。②在阴极发生2H2O+2e-H2↑+2OH-,氢气的物质的量为0.112 L22.4 L·ml-1=0.005 ml,通过阳离子交换膜的阳离子为+1价离子,通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.005 ml×2=0.01 ml,电解时阴极H+浓度减小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移动,溶液的pH增大。
(3)①钢铁含有铁和碳,铁为负极,C为正极,电子由负极流向正极,故电子的移动方向可表示为;铁轨锈蚀的原因是铁为负极发生氧化反应Fe-2e-Fe2+。由于电解质溶液中有H2CO3,电离出氢离子,2H++2e-H2↑,发生析氢腐蚀。电解质溶液中又溶有氧气,2H2O+O2+4e-4OH-,发生吸氧腐蚀。②由题意可知原电池目的是用SO2与O2反应来制备硫酸,B极生成硫酸,则通入的气体应为SO2,硫元素由+4价升高到+6价,发生氧化反应2H2O+SO2-2e-SO42-+4H+,B极为负极,A极为正极。
11.如图所示的四个容器中分别盛有不同的溶液,除a、b外,其余电极均为石墨电极。甲为铅酸蓄电池,其工作原理为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,其两个电极的电极材料分别为PbO2和Pb。闭合K,发现g电极附近的溶液先变红,20 min后,将K断开,此时c、d两极上产生的气体体积相同。据此回答:
(1)a电极的电极材料是 (填“PbO2”或“Pb”)。
(2)丙装置中发生电解的总反应方程式为 。
(3)电解20 min时,停止电解,此时要使乙中溶液恢复到原来的状态,需要加入的物质及其物质的量是 。
(4)20 min后将乙装置与其他装置断开,然后在c、d两极间连接上灵敏电流计,发现电流计指针偏转,则此时c电极为 极,d电极上发生反应的电极反应为 。
(5)电解后取a mL丁装置中的溶液,向其中逐滴加入等物质的量浓度的CH3COOH溶液,当加入b mL CH3COOH溶液时,混合溶液的pH恰好等于7(体积变化忽略不计)。已知CH3COOH的电离平衡常数为1.75×10-5,则ab= 。
答案:(1)PbO2
(2)2H2O2H2↑+O2↑
(3)0.1 ml Cu(OH)2
(4)负 4H++O2+4e-2H2O
(5)175176
解析:甲池是原电池,作电源,发生的反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O;乙、丙、丁是电解池,闭合K,发现g电极附近的溶液变红,说明g电极是电解池的阴极,h是电解池的阳极,所以a为正极,b为负极;c电极为阴极,d电极为阳极;e电极为阴极,f电极为阳极。
(1)a电极是铅酸蓄电池的正极,正极的电极材料是PbO2。
(2)丙中电解硫酸铝溶液,实际上是电解水,电解方程式为2H2O2H2↑+O2↑。
(3)c、d两极上产生的气体体积相同,c电极上发生的电极反应为Cu2++2e-Cu,2H2O+2e-H2↑+2OH-,d电极上发生的电极反应为2H2O-4e-4H++O2↑,设生成的氧气为x ml,则氢气也为x ml,生成的Cu为0.1 L×1 ml·L-1=0.1 ml,由得失电子守恒可得:2x+0.1×2=4x,解得x=0.1,则电解时生成0.1 ml氢气、0.1 ml氧气和0.1 ml Cu,若要使溶液恢复到原来的状态,需要加入0.1 ml Cu(OH)2。
(4)20 min后将乙装置与其他装置断开,然后在c、d两极间连上灵敏电流计,发现电流计指针偏转,说明形成了原电池,氢气在c极失电子,c为负极,氧气在d极得电子,d极为正极,正极的电极反应式为4H++O2+4e-2H2O。
(5)电解后丁装置中生成氢氧化钠,乙中电解生成0.1 ml氧气,转移电子为0.4 ml,则丁中氯化钠全部被消耗,生成的氢氧化钠为0.2 ml,其浓度为2 ml·L-1,加醋酸后溶液的pH恰好等于7,则c(H+)=c(OH-),由电荷守恒可知c(Na+)=c(CH3COO-)=2ml·L-1×a×10-3L(a+b)×10-3L=2aa+b ml·L-1,c(CH3COOH)=2ml·L-1×b×10-3L(a+b)×10-3L-c(CH3COO-)=2(b-a)a+b ml·L-1, Ka=c(CH3COO-)·c(H+)c(CH3COOH)=1.75×10-5,代入数值解得ab=175176。