2023届一轮专题练习（18）电解池 金属的腐蚀与防护

第9页共SECTIONPAGES9页2022届一轮专题(十八)电解池金属的腐蚀与防护一、选择题1．(2021·重庆模拟)用铁和石墨作电极电解酸性废水，可将废水中的POeq\o\al(3－,4)以FePO4(不溶于水)的形式除去，其装置如图所示。下列说法正确的是()A．若X、Y电极材料连接反了，则仍可将废水中的POeq\o\al(3－,4)除去B．X极为石墨，该电极上发生氧化反应C．电解过程中Y极周围溶液的pH减小D．电解时废水会发生反应：4Fe2＋＋O2＋4H＋＋4POeq\o\al(3－,4)=4FePO4↓＋2H2O解析：根据题意分析，X电极材料为铁，Y电极材料为石墨，若X、Y电极材料连接反了，铁就不能失电子变为离子，也就不能生成FePO4，A项错误；Y电极材料为石墨，该电极发生还原反应，B项错误；电解过程中Y电极上发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑，氢离子浓度减小，溶液的pH变大，C项错误；铁在阳极失电子变为Fe2＋，通入的氧气把Fe2＋氧化为Fe3＋，Fe3＋与POeq\o\al(3－,4)反应生成FePO4，D项正确。答案：D2．利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是()A．氯碱工业中，X电极上的反应式是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁解析：氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2，A错误；电解精炼铜时阳极上粗铜溶解，阴极上Cu2＋放电析出Cu，由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，电解质溶液中Cu2＋浓度变小，B错误；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜，C错误。答案：D3．(2021·凌源市月考)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．氢氧燃料电池的负极反应式：O2＋2H2O＋4e－=4OH－B．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe－2e－=Fe2＋C．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，电极反应式：Cu－2e－=Cu2＋D．铅蓄电池充电时，标示“＋”的接线柱连电源的正极，电极反应式：PbSO4(s)－2e－＋2H2O(l)=PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)解析：酸性氢氧燃料电池中，负极上燃料失电子生成氢离子，负极反应式为H2－2e－=2H＋，A错误；钢铁发生电化学腐蚀时，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，B错误；粗铜精炼时，与电源正极相连的是阳极，所以是粗铜，而不是纯铜，电极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，C错误；铅蓄电池充电时，标示“＋”的接线柱连电源的正极作阳极，阳极失电子发生氧化反应，电极反应式为：PbSO4(s)－2e－＋2H2O(l)=PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SOeq\o\al(2－,4)(aq)，D正确。答案：D4．(2021·辽宁沈阳一模)氯碱工业的原理改进方法如图，该法分两个阶段进行。下列说法中错误的是()A．在阶段I中，电源a为正极、b为负极B．阶段Ⅱ中阴极反应：Na0.44－xMnO2＋xe－＋xNa＋=Na0.44MnO2C．比传统氯碱工业减少了阳离子交换膜，避免氢气和氯气混合，便于NaOH提纯D．阶段Ⅰ、Ⅱ的反应不能都在饱和食盐水的条件下进行解析：电解池阳极发生氧化反应(或阴极发生还原反应)，阶段Ⅰ中阴极H2O→H2：得到电子、发生还原反应(或阳极Na0.44MnO2→Na0.44－xMnO2：失去电子、发生氧化反应)，所以电源a为负极、b为正极，A错误；阶段Ⅱ中阴极发生还原反应，并且Na0.44－xMnO2→Na0.44MnO2，结合守恒规律得到电极反应式为Na0.44－xMnO2＋xe－＋xNa＋=Na0.44MnO2,B正确；阶段Ⅰ中阴极生成H2，阶段Ⅱ中阳极生成Cl2，避免氢气和氯气直接混合发生爆炸，更有利于NaCl和NaOH的分离，C正确；Cl－的放电性强，阶段Ⅰ电解NaOH溶液避免了Cl－的放电，也减少了阳离子交换膜，阶段Ⅱ电解饱和食盐水，使Cl－的放电性增强，阴极得到Na0.44MnO2，能循环使用，D正确。答案：A5．(2021·江苏苏北四市一模)两种金属接触时，接触部位会发生“电偶腐蚀”。金属铁和铜在自来水和海水中，相同时间发生的腐蚀情况如图。下列有关说法正确的是()A．甲图中的介质为海水B．腐蚀过程中电能转化为化学能C．铁电极反应式为Fe－3e－=Fe3＋D．若在金属表面涂油漆，可以减弱铁的腐蚀解析：甲图的介质为自来水，A错误；甲和乙均形成了原电池，均发生了金属的电化学腐蚀，故将化学能转变为电能，B错误；在甲和乙中，铁和铜均形成原电池，铁均作负极失电子变为Fe2＋，故电极反应为Fe－2e－=Fe2＋，C错误；在金属表面涂漆，可以隔绝空气，可以减弱铁的腐蚀，D正确。答案：D6．(2021·广西南宁一模)碳钢广泛应用在石油化工设备管道等领域，随着深层石油天然气的开采，石油和天然气中含有的CO2及水引起的腐蚀问题(俗称二氧化碳腐蚀)引起了广泛关注。深井中二氧化碳腐蚀的主要过程如下所示：负极：Fe(s)＋2HCOeq\o\al(－,3)(aq)－2e－=FeCO3(s)＋H2CO3(aq)(主要)正极：2H2CO3(aq)＋2e－=H2↑＋2HCOeq\o\al(－,3)(aq)(主要)下列说法不正确的是()A．钢铁在CO2水溶液中的腐蚀总反应可表示为CO2＋H2O＋Fe=FeCO3＋H2↑B．深井中二氧化碳对碳钢的腐蚀主要为化学腐蚀C．碳钢管道在深井中的腐蚀与油气层中盐份含量有关，盐份含量高腐蚀速率会加快D．腐蚀过程表明含有CO2的溶液腐蚀性比相同pH值的HCl溶液腐蚀性更强解析：深井中二氧化碳腐蚀的主要过程的电极反应式：负极：Fe(s)＋2HCOeq\o\al(－,3)(aq)－2e－=FeCO3(s)＋H2CO3(aq)；正极：2H2CO3(aq)＋2e－=H2↑＋2HCOeq\o\al(－,3)(aq)；故总反应可表示为CO2＋H2O＋Fe=FeCO3＋H2↑，A正确；深井中二氧化碳对碳钢的腐蚀涉及原电池原理，故主要为电化学腐蚀，不是化学腐蚀，B错误；碳钢管道在深井中的腐蚀与油气层中盐份含量有关，盐份含量高，溶液中离子浓度增大，导电能力越强，腐蚀速率会加快，C正确；碳酸是弱酸，盐酸是强酸，等pH值的CO2的溶液与HCl溶液相比，H2CO3(aq)的浓度要大的多，故腐蚀性比相同pH值的HCl溶液腐蚀性更强，D正确。答案：B7．(2021·重庆模拟)氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节能30%以上，工作原理如图所示，其中各电极未标出。下列有关说法错误的是()A．A池中右边加入NaOH溶液的目的是增大溶液的导电性B．两池工作时收集到标准状况下气体X为2.24L，则理论上此时充入标准状况下的空气(不考虑去除CO2的体积变化)的体积约为5.6LC．A为阳离子交换膜、B为阴离子交换膜D．氢氧化钠的质量分数从大到小的顺序为b%＞a%＞c%解析：B是燃料电池，电池右边通入空气(除去CO2)，右边电极为正极，左边通入气体Y，左边电极为负极；A是电解池，右边电极是阴极，阴极上氢离子放电产生氢气，Y是H2，左边电极是阳极，阳极上氯离子放电产生氯气，则X是Cl2。精制饱和NaCl溶液从A池的左边(阳极区)充入，A池的右边(阴极区)加入NaOH溶液的目的是增大溶液的导电性，A正确；根据得失电子守恒可得关系式：2Cl2～2H2～O2，n(O2)＝0.5n(Cl2)＝0.05mol，所以n(空气)＝5n(O2)＝0.25mol，则V(空气)＝0.25mol×22.4L/mol＝5.6L,B正确；A池中两极反应分别为2Cl－－2e－=Cl2↑、2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，Na＋应从左边移动到右边，即A池中的离子膜为阳离子交换膜；B池中两极反应分别为2H2－4e－＋4OH－=4H2O，O2＋4e＋2H2O=4OH－，Na＋应从左边移动到右边，即B池中的离子膜为阳离子交换膜，C错误；A池的阴极区进来c%NaOH溶液，出去a%NaOH溶液，由于电解过程中会生成氢氧化钠且消耗H2O，故a%＞c%；B池的正极区进来a%NaOH溶液，出去b%NaOH溶液，由于反应过程中会生成氢氧化钠且消耗H2O，故b%＞a%，所以氢氧化钠的质量分数的大小顺序是b%＞a%＞c%,D正确。答案：C8．(2021·山东烟台一模)相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是()A．a电极的电极反应为4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－B．c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜C．电池放电过程中，Cu(l)电极上的电极反应为Cu2＋＋2e－=CuD．电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得320gNaOH解析：电解槽中a电极为阴极，水发生得电子的还原反应生成氢气，电极反应为4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－，A正确；a电极为阴极、b电极为阳极，阳极反应为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，阴极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，则a极附近生成NaOH、b极附近生成H2SO4，所以钠离子通过离子交换膜c生成NaOH，则c为阳离子交换膜，硫酸根离子通过离子交换膜d生成硫酸，则d为阴离子交换膜，B正确；浓差电池中，Cu(1)电极为正极，正极上Cu2＋得电子生成Cu，电极反应为Cu2＋＋2e－=Cu,C正确；电池从开始工作到停止放电，溶液中Cu2＋浓度变为1.5mol/L，正极析出Cu：(2.5－1.5)mol/L×2L＝2mol，正极反应为Cu2＋＋2e－=Cu，阴极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，根据电子守恒有Cu～2e－～2NaOH，电解池理论上生成NaOH的物质的量n(NaOH)＝2n(Cu)＝4mol，则m(NaOH)＝nM＝4mol×40g/mol＝160g,D错误。答案：D9．(2021·江西模拟)已知：锂硫电池的总反应为2Li＋xS=Li2Sx。以锂硫电池为电源，通过电解含(NH4)2SO4的废水制备硫酸和化肥的示意图如图(不考虑其他杂质离子的反应)。下列说法正确的是()A．b为电源的正极B．每消耗32g硫，理论上导线中一定通过2mole－C．N室的电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋D．SOeq\o\al(2－,4)通过阴膜由原料室移向M室解析：以锂硫电池为电源，通过电解含(NH4)2SO4的废水制备硫酸和化肥，M区得到硫酸说明是氢氧根离子放电，电极为阳极，a为正极，b为负极，A错误；2Li＋xS=Li2Sx，反应过程中消耗xmolS，电子转移2e－，每消耗32g硫，理论上导线中一定通过eq\f(2,x)mole－，B错误；N室的电极反应是溶液中氢离子放电生成氢气，不是氢氧根离子放电，C错误；电解池中阴离子移向阳极，SOeq\o\al(2－,4)通过阴膜由原料室移向M室，D正确。答案：D10．(2021·湖北模拟)我国某科研团队设计了一种新型能量存储/转化装置(如图所示)，闭合K2、断开K1时，制氢并储能。下列说法正确的是()A．制氢时，X电极附近pH增大B．断开K2、闭合K1时，装置中总反应为Zn＋2NiOOH＋2H2O=Zn(OH)2＋2Ni(OH)2C．断开K2、闭合K1时，K＋向Zn电极移动D．制氢时，每转移0.1NA电子，溶液质量减轻0.1g解析：该装置制氢时是电解池，X电极是阳极，发生失电子的氧化反应，电极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2O，则X电极附近pH减小，A错误；断开K2、闭合K1时，是原电池，Zn电极是负极，X电极是正极，Zn失去电子生成Zn(OH)2，NiOOH得电子生成Ni(OH)2，装置的总反应为Zn＋2NiOOH＋2H2O=Zn(OH)2＋2Ni(OH)2,B正确；断开K2、闭合K1时，是原电池，阳离子向正极移动，则K＋向X电极移动，C错误；该装置制氢时是电解池，X电极是阳极，电极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－=NiOOH＋H2O，Pt为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，总反应为：2Ni(OH)2eq\o(=,\s\up7(通电))2NiOOH＋H2↑，所以每转移0.1NA电子，电极减少0.1g，而溶液质量基本不变，D错误。答案：B二、非选择题11．电化学原理在防止金属腐蚀、能量转换、物质合成等方面应用广泛。(1)图1中，为了减缓海水对钢闸门A的腐蚀，材料B可以选择________(填字母序号)。a．碳棒b．锌板c．铜板用电化学原理解释材料B需定期拆换的原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)图2中，钢闸门C作________极。用氯化钠溶液模拟海水进行实验，D为石墨块，则D上的电极反应式为_____________________________________________________________，检测该电极反应产物的方法是________________________________________________________________________。(3)镁燃料电池在可移动电子设备电源和备用电源等方面的应用前景广阔。图3为“镁­次氯酸盐”燃料电池原理示意图，电极为镁合金和铂合金。①E电极为该燃料电池的________极(填“正”或“负”)。F电极上的电极反应式为________________________________________________________________________。②镁燃料电池负极容易发生自腐蚀产生氢气，使负极利用率降低，用化学方程式解释其原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)形成原电池时，Fe作正极被保护，则要选择活泼性比Fe强的金属作负极，所以选锌；锌的活泼性比Fe强作负极，不断遭受腐蚀，需定期拆换。(2)Fe作阴极被保护，则钢闸门C作阴极；电解氯化钠溶液时阳极上氯离子失电子生成氯气，其电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，检验氯气用湿润的淀粉­碘化钾试纸。(3)①“镁­次氯酸盐”燃料电池中失电子的为负极，则Mg为负极；正极上ClO－得电子生成氯离子，则正极的电极反应式为ClO－＋2e－＋H2O=Cl－＋2OH－；②Mg的活泼性较强能与水反应生成氢气，其反应为Mg＋2H2O=Mg(OH)2＋H2↑。答案：(1)b锌作原电池的负极(失电子，反应式为Zn－2e－=Zn2＋)，不断遭受腐蚀，需定期拆换(2)阴2Cl－－2e－=Cl2↑将湿润的淀粉­碘化钾试纸放在阳极附近，试纸变蓝，证明生成氯气(3)①负ClO－＋2e－＋H2O=Cl－＋2OH－②Mg＋2H2O=Mg(OH)2＋H2↑12．知识的梳理和感悟是有效学习的方法之一。某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题(显示的电极均为石墨)。(1)图1中，电解一段时间后，气球