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2022版高考化学一轮复习 限时集训21 电解池 金属的腐蚀与防护

2022版高考化学一轮复习 限时集训21 电解池 金属的腐蚀与防护

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- 10 -

电解池　金属的腐蚀与防护
(建议用时：40分钟)

1．下列有关电化学在生产、生活中的应用分析正确的是(　　)

图1　　　图2　　图3　　　　图4
A．图1：铁钉发生析氢腐蚀
B．图2：可以在铁件上镀铜
C．图3：溶液中c(Cu2＋)保持不变
D．图4：将输油管与电源负极相连可以防止腐蚀
D　[题图1，电解质溶液若呈酸性，则铁钉发生析氢腐蚀，电解质溶液若呈碱性或中性，则铁钉发生吸氧腐蚀，A项错误；题图2，在铁件上镀铜，铜片作阳极，应与电源正极相连，待镀铁件作阴极，应与电源负极相连，B项错误；题图3，电解精炼铜时，阳极上锌先放电，铜后放电，而阴极上是Cu2＋放电，故电解质溶液中c(Cu2＋)减小，C项错误；题图4，采用外加电流的阴极保护法，将输油管与电源负极相连，输油管作阴极，可以防止腐蚀，D项正确。]
2．碳呼吸电池被誉为改变世界的创新技术，用碳呼吸电池为钠硫电池充电的装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．b极是多孔碳电极
B．充电时，Na＋通过固体氧化铝陶瓷向M极移动
C．随着反应的进行，碳呼吸电池中C2O浓度不断减小
D．充电过程中碳呼吸电池每消耗1 mol Al，N极上可生成1.5x mol S单质
C　[由题图可知，碳呼吸电池为原电池，钠硫电池充电装置为电解池，根据各电极上物质变化及固体氧化铝陶瓷可传导Na＋进行分析：

电极
电极反应
碳呼吸电池(原电池)
Al电极(负极)
2Al＋3C2O－6e－===Al2(C2O4)3
多孔碳电极(正极)
2CO2＋2e－===C2O
总反应
2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3
钠硫电池充电装置(电解池)
M极(阴极)
Na＋＋e－===Na
N极(阳极)
S－2e－===xS
总反应
Na2Sx===2Na＋xS
由上述分析知N极为阳极，应接外接电源的正极，故b极为碳呼吸电池的正极；即b极为多孔碳电极，A项正确；电解池中，阳离子向阴极移动，即Na＋移向M极，B项正确；由碳呼吸电池的总反应知，C2O浓度不变，C项错误；由各电极上转移电子数相等可知，每消耗1 mol Al，N极上可生成1.5x mol S单质，D项正确。]
3．用如图所示装置电解一段时间后，下列叙述错误的是(　　)

A．电极Ⅰ、电极Ⅱ均为Fe，A为NaCl溶液，两电极间可能会出现白色沉淀
B．电极Ⅰ、电极Ⅱ均为石墨，A为FeCl2溶液，电极Ⅱ附近溶液变成黄绿色
C．电极Ⅰ、电极Ⅱ均为Pt，A为饱和Na2SO4溶液，电解质溶液中有晶体析出
D．电极Ⅰ、电极Ⅱ均为Al，A为AlCl3溶液，电极Ⅰ质量增加
D　[A项，电极Ⅰ、电极Ⅱ均为Fe，A为NaCl溶液，则在阳极、阴极分别生成亚铁离子和氢氧根离子，两电极间可能会出现白色沉淀，正确；B项，电极Ⅰ、电极Ⅱ均为石墨，A为FeCl2溶液，电极Ⅱ上氯离子失电子变成氯气，而使其附近溶液变成黄绿色，正确；C项，电极Ⅰ、电极Ⅱ均为Pt，A为饱和Na2SO4溶液，电解后水减少，电解质溶液中有晶体析出，正确；D项，电极Ⅰ、电极Ⅱ均为Al，A为AlCl3溶液，电极Ⅰ上氢离子得电子生成H2，电极Ⅰ质量不增加，错误。]
4．根据两电极反应物浓度不同而安排的电池称为浓差电池。利用如图装置进行实验，甲、乙两池中均盛有1 mol·L－1的AgNO3溶液。实验开始时先闭合K1，断开K2。一段时间后，断开K1，闭合K2，形成浓差电池，灵敏电流计指针发生偏转(已知Ag＋浓度越大，其氧化性越强)。下列说法错误的是(　　)

A．闭合K1，断开K2后，A电极质量增加
B．断开K1，闭合K2后，B电极发生氧化反应
C．断开K1，闭合K2后，NO向A电极移动
D．闭合K1，断开K2后，乙池溶液中Ag＋浓度增大
B　[闭合K1，断开K2后，该装置为电解池，A电极为阴极，B电极为阳极，Ag＋在阴极被还原为Ag，A电极增重，作为阳极的Ag溶解，乙池溶液中Ag＋浓度增大，A、D正确；断开K1，闭合K2后，该装置为原电池，乙池溶液中Ag＋浓度较大，氧化性强，在B电极上发生还原反应生成Ag，B电极为正极，A电极为负极，NO向A电极移动，B错误，C正确。]
5．电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法，其原理如图所示。 已知海水中含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SO等离子，电极为惰性电极。下列叙述中正确的是(　　)

A．B膜是阴离子交换膜
B．通电后，海水中阳离子往a电极处运动
C．通电后，a电极的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
D．通电后，b电极区周围会出现少量白色沉淀
D　[根据海水中离子成分及离子放电顺序知，通电后阳极是氯离子放电，阴极是氢离子放电，电解过程中，海水中阳离子通过B膜进入阴极区，所以B膜是阳离子交换膜(海水中阴离子通过A膜进入阳极区)，b电极(阴极)区周围OH－浓度增大，与镁离子反应生成白色沉淀。]
6．以Fe3＋/Fe2＋作为氧化还原介质，可以在低电位条件下电解HCl制取Cl2，其原理如图所示，下列说法正确的是(　　)

A．X极上的电势比Y极上的低
B．H＋向Y极迁移，X极周围溶液pH升高
C．X极上发生反应：2H2O＋4e－===4H＋＋O2↑
D．电解总反应为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
A　[根据电极上的物质变化，可知X为阴极，Y为阳极。H＋移向X电极，B错误；X极反应为：Fe3＋＋e－===Fe2＋C错误；电解总反应为4HCl＋O22Cl2＋2H2O，D错误。]
7．(2020·山东二模)利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学腐蚀处理三氯乙烯，进行水体修复的过程如图所示。H＋、O2、NO等共存物的存在会影响水体修复效果，定义单位时间内ZVI释放电子的物质的量为nt，其中用于有效腐蚀的电子的物质的量为ne。下列说法错误的是(　　)

A．反应①②③④均在正极发生
B．单位时间内，三氯乙烯脱去a mol Cl时ne＝a mol
C．④的电极反应式为NO＋10H＋＋8e－===NH＋3H2O
D．增大单位体积水体中小粒径ZVI的投入量，可使nt增大
B　[由反应①②③④的物质转化中化合价的变化可知，这4个反应均为还原反应，而电池正极为还原反应，A项正确；由题意及原理图可知，氯乙烯转化为乙烯为有效腐蚀，CHCl===CCl2中，C化合价为＋1价，CH2===CH2中 ，C化合价为－2价，化合价降低2个单位，三氯乙烯脱去a mol Cl时，ne＝2a mol，B项错误；由原理图可知，溶液环境为酸性环境，反应④的电极反应为NO＋10H＋＋8e－===NH＋3H2O，C项正确；单位体积水体中小微粒ZVI多，则与水的接触面积大，反应速率提高，nt增大，D项正确。]
8．一种新型的电解废水处理技术是以活性炭为电极板和粒子凝胶颗粒填充的电解装置(如图所示)。用该装置电解过程中产生的羟基自由基(·OH)氧化能力极强，能氧化苯酚生成CO2、H2O。下列说法错误的是(　　)

A．阳极电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．H＋通过离子交换膜向阴极移动
C．苯酚被氧化的化学方程式为C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2O
D．每转移0.7 mol e－两极室共产生气体体积为11.2 L(标准状况)
A　[根据题给信息可知，阳极上产生羟基自由基，故阳极反应为H2O－e－===·OH＋H＋，A项错误；H＋通过离子交换膜向阴极移动，B项正确；苯酚被羟基自由基氧化为CO2、H2O，配平化学方程式为C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2O，C项正确；阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，转移0.7 mol电子，阴极产生0.35 mol H2，阳极反应式为H2O－e－===·OH＋H＋，转移0.7 mol电子，生成0.7 mol·OH，由C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2O可知，0.7 mol·OH参加反应，生成0.15 mol CO2，故两极室共产生0.5 mol 气体，在标准状况下体积为11.2 L，D项正确。]
9．某科研小组将含硫化氢的工业废气进行了资源化利用，将获得的电能用于制取“84”消毒液。已知：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－632 kJ/mol。如图为该小组设计的原理图。下列说法正确的是(　　)

A．电极a为燃料电池正极
B．电极b上发生的电极反应为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．电路中每流过4 mol电子，电池质子固体电解质膜饱和NaCl溶液内部释放热能小于632 kJ
D．a极每增重32 g，导气管e将收集到气体22.4 L
C　[根据图示可知a为负极，b为正极，负极反应为2H2S－4e－===S2＋4H＋，正极为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A、B错误；未指明标准状况，D错误。]
10．如图所示，U形管内盛有100 mL的溶液，按要求回答下列问题：
(1)断开K2，闭合K1，若所盛溶液为CuSO4溶液，则A极为
极，B极的电极反应式为
。
若所盛溶液为KCl溶液，则B极的电极反应式为
。
(2)断开K1，闭合K2，若所盛溶液为滴有酚酞的足量NaCl溶液，则：

①A电极附近可以观察到的现象是 ，Na＋移向
(填“A”或“B”)极。
②B电极上的电极反应式为 ，
总反应的化学方程式是 。
③反应一段时间后断开K2，若忽略溶液的体积变化和气体的溶解，B极产生气体的体积(标准状况)为11.2 mL，将溶液充分混合，常温下溶液的pH约为 。若要使电解质溶液恢复到原状态，需向U形管内加入或通入一定量的 。
[解析]　(1)断开K2，闭合K1时，该装置是原电池，锌作负极，碳作正极，正极上铜离子得电子生成铜，发生还原反应，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；所盛溶液为KCl溶液时发生吸氧腐蚀，正极(B极)的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(2)断开K1，闭合K2，若所盛溶液为滴有酚酞的足量NaCl溶液，该装置是电解池。①碳棒是阳极，锌棒是阴极，电解时，锌棒上氢离子放电生成氢气，同时电极附近生成的氢氧根离子导致溶液呈碱性，加入酚酞溶液后变红；溶液中的Na＋向阴极移动，即向A电极移动；②电解时，阳极B上氯离子放电生成氯气：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极上氢离子放电生成氢气，同时溶液中生成氢氧化钠，所以电池总反应式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；③由②可知，B极产生(标准状况)11.2 mL Cl2，生成0.001 mol NaOH。故c(OH－)＝0.01 mol·L－1，c(H＋)＝＝ mol·L－1＝10－12 mol·L－1，故pH＝12。两极逸出的气体分别是H2和Cl2，故要使电解质溶液恢复到原状态，需向U形管内通入一定量的HCl气体。
[答案]　(1)负　Cu2＋＋2e－===Cu　O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)①溶液变红　A　②2Cl－－2e－===Cl2↑　2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑　③12　HCl

11．(2020·江苏联考)高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型的消毒剂，以Fe、Ni为电极制取Na2FeO4的原理如图所示。下列叙述错误的是(　　)

A．Fe电极的电极反应式为：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
B．离子交换膜b为阴离子交换膜
C．通入Ⅰ室的水中加入少量NaOH，可以加快高铁酸钠的生成
D．每生成0.1 mol Na2FeO4，Ⅱ室中溶液减少的质量为32.0 g
D　[根据题图可知，Fe电极为阳极，该极上铁失去电子生成FeO，电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，A项正确；Fe电极、Ni电极分别为阳极、阴极，Ⅱ室中Na＋应移向Ⅰ室，OH－移向Ⅲ室，故离子交换膜a、b分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜，B项正确；通入Ⅰ室的水中加入少量NaOH可以增强溶液的导电性，加快电解速率，C项正确；每生成0.1 mol Na2FeO4，外电路中通过0.6 mol电子，则Ⅱ室溶液中减少的NaOH的物质的量为0.6 mol，质量为24.0 g，D项错误。]
12．双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－的离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH溶液和盐酸，其工作原理如图所示，M、N为离子交换膜。下列说法正确的是(　　)

A．将阴极室双极膜左侧的溶液排出，也可获得淡水
B．M为阴离子交换膜，N为阳离子交换膜
C．若去掉双极膜，阳极室会有Cl2生成
D．电路中每转移1 mol电子，两极共得到0.5 mol气体
C　[阴极室发生还原反应，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，H＋放电，破坏了水的电离，使溶液的酸碱性发生改变，且阴极室的溶液中必须加入强电解质以增强溶液的导电性，将阴极室双极膜左侧的溶液排出，不能获得淡水，A错误；盐室中的Na＋向阴极移动，离子交换膜M为阳离子交换膜，使Na＋进入阴极室双极膜的右侧，获得NaOH溶液。Cl－向阳极移动，离子交换膜N为阴离子交换膜，使Cl－进入阳极室双极膜的左侧，得到盐酸，B错误；若去掉双极膜，盐室中的Cl－进入阳极室，在阳极放电生成Cl2，C正确；阴、阳极的电极反应分别为2H＋＋2e－===H2↑、4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，电路中每转移1 mol电子，阴极产生0.5 mol H2，阳极产生0.25 mol O2，两极共得到0.75 mol气体，D错误。]
13．(1)在工业上应用电解技术可使(NH4)2SO3吸收液再生而不被氧化，同时得到高浓度SO2，其工作原理如图所示。

气体 (填“a”“b”或“c”)为SO2，离子交换膜为
离子交换膜(填“阳”或“阴”)，阳极的电极反应式为 。
(2)间接电化学法可除NO。其原理如图所示，写出电解池阴极的电极反应式(阴极室溶液呈酸性) 。

[解析]　(1)根据题目信息知，电极M区NH4HSO3―→(NH4)2SO3，故电极M为阴极，发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，同时Ⅱ中的NH通过阳离子交换膜进入Ⅰ中生成(NH4)2SO3，电极N为阳极，发生反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生的H＋通过阳离子交换膜进入Ⅱ中，发生反应：H＋＋HSO===SO2↑＋H2O，故气体b为SO2。
(2)根据题图可知，阴极上亚硫酸氢根离子得电子，生成S2O，根据原子守恒，氢离子参与反应生成水，则电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O。
[答案]　(1)b　阳　2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
(2)2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O
14．(2018·全国卷Ⅰ，节选)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为
。
电解后， 室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。

[解析]　阳极发生氧化反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极室H＋向a室迁移，a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。
[答案]　2H2O－4e－===4H＋＋O2↑　a