高考化学总复习 课时跟踪检测 二十　电解池　金属的电化学腐蚀与防护 Word版含答案

课时跟踪检测二十　电解池　金属的电化学腐蚀与防护

(时间：45分钟　满分：100分)

一、选择题(每小题6分，共60分)

1．(2017届北京海淀区期末练习)关于下列装置的说法正确的是(　　)

A．装置①中盐桥内的K＋移向CuSO4溶液

B．装置①将电能转变为化学能

C．若装置②用于铁棒镀铜，则N极为铁棒

D．若装置②用于电解精炼铜，则溶液中的Cu2＋浓度保持不变

解析：装置①为原电池，Zn为负极，Cu为正极，盐桥中K＋向正极区移动，即移向CuSO4溶液，A项正确；装置①将化学能转化为电能，B项错误；若装置②用于铁棒镀铜，M为铁棒，N为铜棒，C项错误；若装置②用于电解精炼铜，溶液中Cu2＋浓度减小，D项错误。

答案：A

2．(2017届南京高二检测)下列事实不能用电化学原理解释的是(　　)

A．铝片不需要特殊的保护方法

B．炒过菜的铁锅未清洗易生锈

C．轮船水线以下的船壳上镶有一定数量的锌

D．镀锌铁比镀锡铁耐腐蚀

解析：铝在表面能生成一层氧化铝保护膜，与电化学知识无关。炒过菜的铁锅未清洗易生锈，是因为铁和内部的碳与未清洗的菜汁形成了原电池，铁被腐蚀而生锈。轮船水线以下的船壳上镶有一定数量的锌，是因为形成了原电池后，锌比铁活泼，作负极被腐蚀，船体被保护。镀锌铁比镀锡铁耐腐蚀，是因为镀锌铁与潮湿的空气形成了原电池后，锌比铁活泼，锌被腐蚀，铁被保护。镀锡铁与潮湿的空气形成了原电池后，铁比锡活泼，铁作负极被腐蚀。

答案：A

3．(2017届湖南永州月考)关于如图电解池工作时的相关叙述正确的是(　　)

A．Fe电极作阳极，发生氧化反应

B．Cl－向石墨极定向移动

C．石墨电极反应：Fe3＋＋3e－===Fe

D．电解池发生总反应：2Cl－＋2Fe3＋===Cl2＋2Fe2＋

解析：由电子转移方向可知石墨为阴极，铁为阳极。电子流出的一极是电源的负极，故Fe连接电源的正极，铁作阳极，发生氧化反应，A项正确；电解质溶液中，阴离子向阳极移动，Fe为阳极，Cl－向Fe极作定向移动，B项错误；石墨是电解池的阴极，发生还原反应，电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，C项错误；Fe为阳极，是活性电极，Fe发生氧化反应生成Fe2＋，石墨是电解池的阴极，发生还原反应，Fe3＋放电生成Fe2＋，故电解池发生总反应：Fe＋2Fe3＋3Fe2＋，D项错误。

答案：A

4．用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水(含Cl－、Br－、Na＋、Mg2＋)的装置如图所示(a、b为石墨电极)。下列说法正确的是(　　)

A．电池工作时，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．电解时，a电极周围首先放电的是Cl－

C．电解时，电子流动路径是负极―→外电路―→阴极―→溶液―→阳极―→正极

D．忽略能量损耗，当电池中消耗0.02 g H2时，b极周围会产生0.02 g H2

解析：燃料电池为酸性电解质，电池工作时，正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A项错误；苦卤水中Br－还原性强于Cl－，电解时，a电极周围首先放电的是Br－，B项错误；电子不能进入电解质溶液，C项错误；根据转移电子数相等，可知D项正确。

答案：D

5．(2017届兰州第一中学月考)金属的腐蚀除化学腐蚀和普通的电化学腐蚀外，还有“氧浓差腐蚀”，如在管道或缝隙等处的不同部位氧的浓度不同，在氧浓度低的部位是原电池的负极。下列说法正确的是(　　)

A．纯铁的腐蚀属于电化学腐蚀

B．钢铁吸氧腐蚀时，负极的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋

C．海轮在浸水部位镶一些铜锭可起到抗腐蚀作用

D．在图示氧浓差腐蚀中，M极处发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

解析：纯铁发生腐蚀时，没有正极材料，不能构成原电池纯铁发生的是化学腐蚀，A项错误；钢铁发生吸氧腐蚀时，负极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，B项错误；铜不如铁活泼，铜、铁在海水中形成原电池，铁作负极，加快了海轮的腐蚀，C项错误；因氧浓度低的部位是原电池的负极，由图示可知，M处O2浓度高，该处O2得到电子，其电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D项正确。

答案：D

6．(2017届河南南阳二中模拟)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中，正确的是(　　)

A．电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑

B．氢氧燃料电池的负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋

D．钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式： Fe－3e－===Fe3＋

解析：电解饱和食盐水时，阳极上氯离子放电生成氯气，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A项正确；氢氧燃料的正极上氧气得电子发生还原反应，电池反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B项错误；粗铜精炼时，粗铜连接电源正极，纯铜连接电源负极，阳极上电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，C项错误；钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式：Fe－2e－===Fe2＋，D项错误。

答案：A

7．在1 L K2SO4、CuSO4的混合溶液中，c(SO)＝2 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后(电解完全)，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)，原溶液中c(K＋)为(　　)

A．0.5 mol·L－1　 B．1 mol·L－1

C．1.5 mol·L－1 D．2 mol·L－1

解析：n(O2)＝＝1 mol，n(H2)＝＝1 mol，生成1 mol O2转移4 mol电子，生成1 mol H2转移2 mol电子，说明Cu2＋＋2e－===Cu转移2 mol电子，n(Cu2＋)＝1 mol，c(Cu2＋)＝1 mol·L－1，由电荷守恒得2c(Cu2＋)＋c(K＋)＝2c(SO)，代入c(SO)、c(Cu2＋)可得c(K＋)＝2 mol·L－1，故D项正确。

答案：D

8．(2017届浙江浦江县模拟)如图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中，下列分析正确的是(　　)

A．K1、 K2闭合时，Na＋均移向铁棒

B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高

C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法

D．K2闭合，电路中通过0.4NA个电子时，两极共产生标况下4.48 L气体

解析：K1闭合时，形成原电池，铁作负极，石墨棒作正极，Na＋移向石墨棒，A项错误；K1闭合，形成原电池，石墨棒作正极，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，石墨棒附近pH逐渐升高，B项正确；K2闭合，铁与外接电源负极相连，铁作阴极，不被腐蚀，是外加电流的阴极保护法，C项错误；K2闭合时，为电解池，铁棒作阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，当电路中通过0.4NA个电子时，阴极产生0.2 mol气体，标准状况下体积为4.48 L，石墨棒作阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，当电路中通过0.4NA个电子时，阳极产生0.2 mol气体，标准状况下的体积为4.48 L，两极共产生标准状况下8.96 L气体，D项错误。

答案：B

9．高铁酸盐在能源、环境保护等方面有着广泛的用途，可以用电解法制高铁酸盐(已知高铁酸盐在酸性条件下不稳定)，总反应式为Fe＋2H2O＋2OH－3H2↑＋FeO。下列说法正确的是(　　)

A．铁为阳极，发生还原反应

B．铁为阴极，浓NaOH为电解液

C．阳极发生的电极反应为Fe＋8OH－－3e－===4H2O＋FeO

D．标准状况下，铁失去3 mol电子可以在阴极得到33.6 L氢气

解析：由总反应知，铁为阳极，发生氧化反应，电解质溶液应为浓NaOH溶液，A、B项错误；Fe在反应中失去6个电子，C项错误；根据总反应式可知，铁失去3 mol电子在阴极得到1.5 mol H2，标准状况下体积为33.6 L，D项正确。

答案：D

10．(2017届河北省高阳中学月考)纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　　)

A．钛电极发生氧化反应

B．阳极附近溶液的pH逐渐增大

C．离子交换膜应采用阳离子交换膜

D．阳极反应式是2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O

解析：钛电极为阴极，发生还原反应，A项错误；由阴极区迁移过来的OH－在阳极全部参与反应，阳极附近的pH不变，B项错误；铜作阳极，在阳极铜失电子，发生氧化反应，阳极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，OH－由阴极区迁移到阳极区参与反应，离子交换膜为阴离子交换膜，C项错误，D项正确。

答案：D

二、非选择题(共40分)

11．(14分)(2017届宿迁摸底)铁在地壳中的含量约占5%左右。铁矿石的种类很多，重要的有磁铁矿石(主要成分是Fe3O4)、赤铁矿石(主要成分是Fe2O3)等。

(1)红热的铁能跟水蒸气反应，一种产物与磁铁矿的主要成分相同，另一种产物是可燃性气体，则其反应的化学方程式为________________。该可燃气体在酸性条件下，可制成燃料电池，写出该气体发生的电极反应式______________________。

(2)在常温下，铁跟水不起反应。但在潮湿的空气中，铁很容易生锈(铁锈的主要成分是Fe2O3)而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。铁生锈的化学原理如下，请你用离子方程式和化学方程式补充完整。

①原电池反应：

负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：______________。

②氢氧化物的形成：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓、________________。

③氢氧化物的分解：2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O。

(3)为了防止铁生锈，可在铁制品表面镀上一层铜(如下图装置)，a为________(填“正极”或“负极”)，铁制品表面发生的电极反应式为________________。

解析：(1)红热的铁高温下与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，反应方程式为3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。在燃料电池中H2在负极通入，酸性条件下电极反应为H2－2e－===2H＋。(2)在潮湿环境中铁发生电化学腐蚀，主要是吸氧腐蚀，负极反应为2Fe－4e－===2Fe2＋，正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。Fe(OH)2易被空气中O2氧化，反应方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。(3)在铁制品表面镀铜时，纯铜作阳极与电源正极相连，铁制品作阴极与电源负极相连，铁制品表面发生的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。

答案：(1)3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2　H2－2e－===2H＋

(2)①O2＋4e－＋2H2O===4OH－　②4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

(3)正极　Cu2＋＋2e－===Cu

12．(14分)(2017届长春外国语学校模拟)新型高效的甲醇燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH3OH和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲醇燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。

回答下列问题：

(1)甲醇燃料电池正极、负极的电极反应分别为____________________、________________________。

(2)闭合开关K后，a、b电极上均有气体产生，其中a电极上得到的是________________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为________________________。

(3)若每个电池甲醇用量为3.2 g，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为________________(法拉第常数F＝9.65×104 C·mol－1列式计算)，最多能产生的氯气体积为________L(标准状况)。

(4)若用该装置中的电解池精炼铜，在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填“a”或“b”)；在电极b上发生的电极反应式为________________________________________。

解析：(1)碱性条件下甲醇燃料电池的总反应为2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O，正极反应式为3O2＋12e－＋6H2O===12OH－，负极反应式由总反应式减正极反应式得到：2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO＋12H2O。(2)由题知两个甲醇燃料电池作电源，其中甲醇为还原剂，通甲醇的电极为负极，通O2的电极为正极，则a为电解池阳极，在该极2Cl－－2e－===Cl2↑，故a极上得到Cl2。电解氯化钠溶液的总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。(3)1 mol甲醇氧化失去6 mol电子，电量为6×9.65×104 C。题中虽有两个燃料电池，但电子的传递只能用一个燃料电池的甲醇量计算，可得×6×9.65×104 C·mol－1＝5.79×104 C。电路中通过电子的物质的量为×6＝0.6 mol，由2Cl－－2e－===Cl2↑，可得n(Cl2)＝＝0.3 mol，标准状况下Cl2的体积为0.3 mol×22.4 L·mol－1＝6.72 L。(4)若用该装置电解精炼铜，粗铜应作阳极，纯铜作阴极，故粗铜极应为图中电极a，b电极为精铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。答案：(1)3O2＋12e－＋6H2O===12OH－

2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO＋12H2O

(2)Cl2　2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

(3)×6×9.65×104 C·mol－1＝5.79×104 C　6.72 　(4)a　Cu2＋＋2e－===Cu

13．(12分)A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：

如图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯中依次盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了16 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图2所示。请回答下列问题：

(1)M为直流电源的________极，b电极上发生的电极反应为________________。

(2)计算e电极上生成的气体在标准状况下的体积为________。

(3)写出乙烧杯中的总反应的离子方程式：________________________________。

(4)要使丙烧杯中的C溶液恢复到原来的状态，需要进行的操作是(写出要加入的物质和质量)________。

解析：(1)由题中信息c电极质量增加，则c为阴极，d为阳极，M为负极，N为正极，乙中溶液为CuSO4溶液，根据图2电解后甲中pH增大，则判断甲烧杯中为NaOH(或KOH)，丙中电解后pH不变，则推出丙烧杯为K2SO4(或Na2SO4)。b为阳极，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。(2)n(Cu)＝＝0.25 mol，电路中通过的电子为0.25 mol×2＝0.5 mol，e电极产生H2，根据反应2H2O2H2↑＋O2↑，转移0.5 mol电子产生H2的物质的量为0.25 mol，标准状况下H2的体积为V(H2)＝0.25 mol×22.4 L/mol＝5.6 L。(4)要使丙烧杯中的溶液恢复到原来的状态，应加入的H2O，H2O的质量为0.25 mol×18 g/mol＝4.5 g。

答案：(1)负　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

(2)5.6 L　(3)2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑

(4)向丙烧杯中加4.5 g水