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2021高考化学一轮复习 第九章 化学反应与电能 第29讲 电解池 金属的腐蚀和防护课时作业

2021高考化学一轮复习 第九章 化学反应与电能 第29讲 电解池 金属的腐蚀和防护课时作业

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姓名：

- 9 -

第29讲　电解池　金属的腐蚀和防护
　　建议用时：40分钟　　　满分：100分

一、选择题(本题共5小题，每小题只有一个选项符合题意)
1．下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是(　　)
A．水中的钢闸门连接电源的负极
B．金属护栏表面涂漆
C．汽车底盘喷涂高分子膜
D．地下钢管连接镁块
答案　A
解析　水中的钢闸门连接电源的负极，钢闸门为阴极，从而得以保护，A正确；地下钢管连接镁块形成了原电池，属于牺牲阳极的阴极保护法，D错误。
2．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　)

A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图b中，开关由M改置于N时，Cu­Zn合金的腐蚀速率减小
C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大
D．图d中，Zn­MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
答案　B
解析　因液面处氧气的浓度大且与海水接触，故在液面处铁棒腐蚀最严重，A错误；接通开关后形成原电池，Zn的腐蚀速率增大，H＋在Pt电极上放电产生H2，C错误；干电池自放电腐蚀主要是由Zn的还原作用引起的，D错误。
3．(2019·全国卷Ⅰ考试大纲调研卷(二))全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图所示方法保护埋在酸性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的是(　　)

A．土壤中的钢铁易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池
B．金属棒M的材料应该是比镁活泼的金属
C．金属棒M上发生反应：M－ne－===Mn＋
D．这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法
答案　B
解析　金属棒M的材料如果是比镁活泼的金属钾、钙、钠时，活泼金属能和水之间发生剧烈的反应，它们不能做电极材料B错误；金属棒M极的活泼性强于金属铁，做负极，发生失电子的氧化反应，C正确；原电池的负极被腐蚀，正极被保护的方法称为牺牲阳极的阴极保护法，D正确。
4．(2019·哈尔滨六中高三期末考试)利用食盐水制取ClO2的工业流程如图所示，装置①中的反应：NaCl＋3H2ONaClO3＋3H2↑，装置②中的反应：2NaClO3＋4HCl2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O。下列关于该流程说法不正确的是(　　)

A．该流程中Cl2、NaCl都可以循环利用
B．装置①中H2是阴极产物
C．装置②发生的反应中，Cl2是氧化产物，NaCl是还原产物
D．为了使H2完全转化为HCl，需要向装置③中补充Cl2
答案　C
解析　电解食盐水得到氢气和NaClO3，氢气和氯气反应生成氯化氢得到浓盐酸，2NaClO3＋4HCl2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O＋2NaCl，该流程中Cl2、NaCl都可以循环利用，故A正确；装置①是电解食盐水，溶液中氢离子在阴极得到电子生成氢气，是阴极产物，故B正确；2NaClO3＋4HCl2NaCl＋2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O，氯气是氧化产物，ClO2是还原产物，故C错误。
5．(2019·成都市高三诊断)港珠澳大桥设计使用寿命为120年，对桥体钢构件采用了多种防腐方法。下列分析错误的是(　　)
A．防腐原理主要是避免发生反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
B．钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，是为了隔绝空气、水等防止形成原电池
C．采用外加电流的阴极保护法时需外接镁、锌等作辅助阳极
D．钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀
答案　C
解析　该桥体钢构件主要发生吸氧腐蚀，吸氧腐蚀的总反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，防腐原理主要是避免发生该反应，A正确；采用牺牲阳极的阴极保护法时需外接镁、锌等作辅助阳极，C错误。
二、选择题(本题共3小题，每小题有一个或两个选项符合题意)
6．(2019·安徽宣城高三期末调研)如图所示，实验开始时先闭合K1，断开K2。一段时间后，再断开K1，闭合K2，电流表指针偏转，同时A极质量减轻。下列说法不正确的是(　　)

A．闭合K1，断开K2后，B极：Ag－e－===Ag＋
B．闭合K1，断开K2后，乙池溶液浓度上升
C．断开K1，闭合K2后，A电极发生氧化反应
D．断开K1，闭合K2后，NO从甲池进入乙池
答案　D
解析　闭合K1，断开K2后，形成电解池，B是阳极，电极反应式为Ag－e－===Ag＋，硝酸根离子透过离子交换膜由甲进入乙，所以乙池溶液浓度上升，A、B正确；断开K1，闭合K2后，形成原电池，乙池中的Ag作正极，甲池中Ag作负极，Ag(A)被氧化为Ag＋，NO从乙向甲移动，C正确，D错误。
7．(2019·资阳市高三第二次诊断性考试)在电镀车间的含铬酸性废水中，铬的存在形式有Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)两种，其中以Cr(Ⅵ)的毒性最大。电解法处理含铬废水如图，铬最终以Cr(OH)3沉淀除去。下列说法正确的是(　　)

A．Fe为阳极，反应为Fe－2e－===Fe2＋
B．阴极反应为Cr2O＋7H2O＋6e－===2Cr(OH)3↓＋8OH－
C．阳极每转移3 mol电子，可处理Cr(Ⅵ)物质的量为1 mol
D．离子交换膜为阳离子交换膜
答案　AD
解析　Cr2O在阳极区被Fe2＋还原为Cr3＋，阴极上水放电生成氢气和OH－，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故B错误；阳极每转移3 mol电子，有1.5 mol Fe2＋生成，由离子方程式Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O＋6Fe3＋可知，1.5 mol Fe2＋还原0.25 mol Cr2O，即可处理Cr(Ⅵ)物质的量为0.5 mol，故C错误；Cr2O在阳极区与Fe2＋反应生成Cr3＋和Fe3＋，阴极区水放电生成氢气和OH－，Cr3＋和Fe3＋通过阳离子交换膜进入阴极区，与OH－反应生成氢氧化物沉淀，该离子交换膜是阳离子交换膜，故D正确。
8．(2019·西安五校高三联考)重铬酸钾(K2Cr2O7)具有强氧化性，是一种重要的化工原料，广泛应用于制革、印染、电镀等工业。以铬酸钾(K2CrO4)和氢氧化钾为原料，用电化学法制备重铬酸钾的实验装置如图所示。已知水溶液中存在平衡：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O。下列说法正确的是(　　)

A．气体甲和乙分别为O2和H2
B．该装置中阴极区的pH增大
C．Fe电极反应式4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
D．当铬酸钾的转化率达到80%时，右池中＝
答案　BD
解析　根据制备原理，可知右池中应产生H＋，使2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O平衡向正反应方向移动，CrO转化为Cr2O，则右池中C为阳极，电极反应式为：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，气体乙为O2，左池中Fe为阴极，电极反应式为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，气体甲为H2，A、C错误；根据阴极反应式可知，该装置中阴极区c(OH－)增大，pH增大，B正确；设开始时K2CrO4的物质的量是a mol，根据题意列出三段式：
2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O
a 0
0.8a 0.4a
0.2a 0.4a
则阳极区n(K)＝(0.2a×2＋0.4a×2) mol＝1.2a mol，n(Cr)＝a mol，＝＝，D正确。
三、非选择题(本题共2小题)
9．(2019·北京东城高三期末)近年来，我国PCB)印刷电路板制造业发展迅速，总产值居世界第一。工业上常用CuCl2和盐酸的混合液作为蚀刻液，蚀刻PCB表面的铜箔。
已知：①一定条件下，Cu与Cu2＋反应可生成＋1价铜。
②氯化亚铜(CuCl)难溶于水，可与Cl－形成CuCl进入溶液。
Ⅰ.蚀刻过程中将Cu转化为CuCl去除。
(1)蚀刻过程的离子方程式有__________________、CuCl＋2Cl－CuCl。
(2)蚀刻液中的盐酸可大大提高蚀刻效率，结合上述反应解释原因：______________________________。
Ⅱ.蚀刻一段时间后，将蚀刻废液中的CuCl转化为Cu2＋，即可再生循环利用常用方法如下：
(1)化学再生：加入H2O2溶液可使蚀刻液再生，该反应的离子方程式是______________________________。
(2)电解再生(电极不参与反应)：按下图装置，使蚀刻液再生并回收金属Cu。

①在________极(填“a”或“b)”)回收得到金属Cu。
②结合电极反应解释阳极区蚀刻液再生的原理：_____________________。
答案　Ⅰ.(1)Cu2＋＋Cu＋2Cl－===2CuCl
(2)盐酸可加速溶解覆盖在Cu表面的CuCl，促进蚀刻Cu
Ⅱ.(1)2CuCl＋H2O2＋2H＋===2Cu2＋＋6Cl－＋2H2O
(2)①b　②阳极发生反应：CuCl－e－===Cu2＋＋3Cl－，阴极区的Cl－通过阴离子交换膜进入阳极区，使蚀刻废液再生
解析　Ⅰ.(1)从题给的信息来看，工业上用CuCl2和盐酸的混合液作为蚀刻液，蚀刻过程分为两个阶段，第一阶段是生成CuCl沉淀，第二阶段是CuCl溶于过量的Cl－形成CuCl进入溶液。题目已给了第二阶段的离子方程式，所以第一阶段的反应应是生成CuCl阶段：Cu2＋＋Cu＋2Cl－===2CuCl，注意CuCl作为难溶物不拆写。
(2)盐酸提供了更多的Cl－，可加速溶解覆盖在铜表面的CuCl，使铜与Cu2＋继续充分接触反应。
Ⅱ.(1)收集题给信息：反应微粒有CuCl和H2O2，过氧化氢的作用就是将＋1价Cu氧化为＋2价Cu，此时配离子中的氯变为氯离子，考虑酸性介质，配平即可：2CuCl＋H2O2＋2H＋===2Cu2＋＋6Cl－＋2H2O。
10．如图装置甲是某可充电电池的示意图，该电池放电的化学方程式为2K2S2＋KI3===K2S4＋3KI，图中的离子交换膜只允许K＋通过，C、D、F均为石墨电极，E为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时C、D两电极产生的气体体积相同，E电极质量减少1.28 g。

(1)装置甲的A电极为电池的________极，电解质中的K＋从离子交换膜的________(填“左侧”或“右侧”，下同)向离子交换膜的________迁移；B电极的电极反应式为________________________。
(2)装置乙D电极析出的气体是________，体积为________ mL(标准状况)。
(3)若将装置丙中的NaCl溶液改换成FeCl2和FeCl3的混合溶液。从反应初始至反应结束，丙装置溶液中金属阳离子物质的量浓度与转移电子的物质的量的变化关系如图所示。

Ⅰ.图中②表示的是________(填金属离子符号)的变化曲线。
Ⅱ.反应结束后，若用0.5 mol·L－1 NaOH溶液沉淀丙装置溶液中的金属阳离子(设溶液体积为100 mL)，则至少需要0.5 mol·L－1 NaOH溶液________ mL。
答案　(1)负　左侧　右侧　I＋2e－===3I－　
(2)H2(或氢气)　224　(3)Ⅰ.Fe2＋　Ⅱ.28
解析　(1)由E电极(铜)的质量减少可知E为阳极，则F为阴极，A为负极，B为正极，C为阳极，D为阴极。原电池中阳离子从负极移向正极，即K＋由左侧透过离子交换膜移向右侧。根据电池放电的化学方程式知，I在正极得电子发生还原反应，生成I－。
(2)D电极上首先发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，当Cu2＋消耗尽时，发生反应2H＋＋2e－===H2↑，根据得失电子守恒，该电极析出的H2的体积(标准状况下)为：×22400 mL·mol－1＝224 mL。
(3)Ⅰ.若将装置丙中的NaCl溶液改换成FeCl2和FeCl3的混合溶液，则电解时，阳极(E电极)发生反应Cu－2e－===Cu2＋，阴极(F电极)发生反应Fe3＋＋e－===Fe2＋，故①、②、③分别表示Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋的变化曲线。Ⅱ.由题图中曲线可以看出，反应后溶液中c(Cu2＋)＝2×10－2 mol·L－1，c(Fe2＋)＝5×10－2 mol·L－1，c(Fe3＋) ＝0 mol·L－1，要使溶液中的金属阳离子完全沉淀，需要n(NaOH)＝[n(Cu2＋)＋n(Fe2＋)]×2＝(0.02 mol·L－1＋0.05 mol·L－1)×0.1 L×2＝0.014 mol，V(NaOH)＝＝0.028 L，即28 mL。