2025版高考化学一轮总复习第6章化学反应与能量第22讲电解池金属的腐蚀与防护提能训练

第22讲电解池金属的腐蚀与防护一、选择题：本题共10小题，每小题只有一个选项符合题目要求。1．(2024·山东青岛高三检测)考古中出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有铜锈覆盖在其表面。铜锈的成分特殊困难，主要成分有Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl。考古学家将铜锈分为无害锈和有害锈，结构如图所示。下列说法正确的是(B)A．锡青铜中的锡加速了铜的腐蚀速度B．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快C．Cu2(OH)2CO3和Cu2(OH)3Cl分别属于有害锈和无害锈D．生成Cu2(OH)2CO3是电化学腐蚀过程，生成Cu2(OH)3Cl是化学腐蚀过程[解析]锡青铜中的锡比铜活泼，所以形成原电池时，锡作负极，则铜被疼惜，故A不符合题意；在潮湿环境中，锡青铜易形成原电池而发生电化学腐蚀，所以在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快，故B符合题意；Cu2(OH)2CO3为致密结构，可以阻挡潮湿空气进入内部进一步腐蚀铜，属于无害锈，Cu2(OH)3Cl为疏松结构，潮湿空气可以进入空隙内将内部的铜进一步腐蚀，属于有害锈，故C不符合题意；生成Cu2(OH)3Cl主要是电化学腐蚀过程，生成Cu2(OH)2CO3主要是化学腐蚀过程，故D不符合题意。2．(2024·广东茂名一模)粗银中含有Cu、Pt等杂质，用电解法以硝酸银溶液为电解质溶液提纯银。下列说法正确的是(B)A．粗银与电源负极相连B．阴极反应式为Ag＋＋e－=AgC．Cu、Pt在阳极区中沉积D．电解质溶液中c(Ag＋)先增大后减小[解析]用电解法精炼粗银，银单质失电子变成银离子，发生氧化反应，粗银与电源正极相连，故A错误；得电子实力：Ag＋>Cu2＋，阴极为Ag＋得电子生成Ag，阴极电极反应式为Ag＋＋e＋=Ag，故B正确；电解精炼银时，粗银中比银活泼的铜会失电子形成离子进入溶液，Pt为惰性金属在阳极区沉积，则电解质溶液中c(Ag＋)不行能增大，故C、D错误。3．(2024·浙江金华模拟)试验小组用锂电池作电源，用石墨和汞作电极电解饱和食盐水(如图)，下列说法正确的是(C)A．电子沿石墨→a→b→Hg路径流淌B．石墨电极上发生还原反应C．汞电极发生主要反应的电极反应式：Na＋＋e－=NaD．电解过程中每转移0.2mol电子，阳极产生2.24LCl2[解析]石墨是阳极、汞是阴极，电池内通过离子移动导电，电子沿石墨→a，b→Hg路径流淌，故A错误；石墨是阳极，石墨电极上Cl－失电子发生氧化反应，故B错误；汞电极是阴极，汞电极发生的主要反应为Na＋＋e－=Na，故C正确；阳极发生反应2Cl－－2e－=Cl2↑，电解过程中每转移0.2mol电子，阳极产生0.1molCl2，未说明Cl2所处的状况，Cl2的体积不愿定是2.24L，故D错误。4．用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组试验，则下表中各项所列对应关系均正确的一项是(C)选项X极试验前U形管中液体通电后现象及结论A正极Na2SO4溶液U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色B正极AgNO3溶液b管中电极反应式是4OH－－4e－=O2↑＋2H2OC负极CuCl2溶液b管中有气体逸出D负极NaOH溶液溶液pH降低[解析]电解Na2SO4溶液时，阳极上是OH－发生失电子的氧化反应，即a管中OH－放电，酸性增加，酚酞遇酸不变色，即a管中为无色，A错误；电解AgNO3溶液时，阴极上是Ag＋得电子发生还原反应，即b管中电极反应是析出金属Ag的反应，B错误；电解CuCl2溶液时，阳极上是Cl－失电子发生氧化反应，即b管中Cl－放电，产生Cl2，C正确；电解NaOH溶液时，阴极上是H＋放电，阳极上是OH－放电，事实上电解的是水，导致NaOH溶液的浓度增大，碱性增加，pH上升，D错误。5．(2024·河北邯郸十校联考)我国科学家开发出一种双极制氢系统，在低电池电压下的KOH介质中，可将醛类物质电催化转化为相应的羧酸盐和氢气，其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(B)A．泡沫铜与直流电源的正极相连B．制得1mol氢气，理论上外电路中迁移了2mol电子C．高电压下不能实现双极制氢的缘由可能是Cu被氧化从而使催化剂失活D．泡沫铜电极上发生的反应可能为2RCHO＋4OH－－2e－=2RCOO－＋H2↑＋2H2O[解析]由图中OH－的移动方向可知，泡沫铜是阳极，与直流电源的正极相连，A正确；阴极反应式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，阳极反应式为2RCHO＋4OH－－2e－=2RCOO－＋H2↑＋2H2O，转移2mol电子时两极上共生成2molH2，B错误，D正确；铜是活性电极，高压电可能使Cu放电生成Cu2＋，引起催化剂失活，C正确。6．用压强传感器探究生铁在pH＝2和pH＝4的醋酸溶液中发生腐蚀的装置及得到的图像如下，分析图像，以下结论错误的是(C)A．溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀B．生铁的腐蚀中电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍C．在酸性溶液中生铁不行能发生吸氧腐蚀D．两溶液中负极反应均为Fe－2e－=Fe2＋[解析]依据pH＝2的溶液中压强与时间的关系知，压强随着反应的进行而慢慢增大，说明该装置发生析氢腐蚀，故A正确；金属的腐蚀以电化学腐蚀为主，所以生铁的腐蚀中电化学腐蚀更普遍，故B正确；pH＝4的醋酸溶液中压强随着反应的进行而慢慢减小，说明发生吸氧腐蚀，pH＝4的醋酸溶液呈酸性，所以在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀，故C错误；两个溶液中都发生电化学腐蚀，铁均作负极，电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，故D正确。7．(2024·山东滨州模拟)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生反应的总化学方程式为2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在确定条件下脱水生成铁锈，其原理如图所示。下列说法正确的是(D)A．铁片发生还原反应而被腐蚀B．铁片腐蚀生成的铁锈可以疼惜内层的铁不被腐蚀C．铁片腐蚀过程中负极发生的电极反应：2H2O＋O2＋4e－=4OH－D．铁片里的铁和碳与食盐水形成了多数微小原电池，发生了电化学腐蚀[解析]结合题图知Fe失电子，化合价上升，发生氧化反应，A项错误；铁锈结构疏松，不能疼惜内层金属，B项错误；铁片腐蚀时，Fe作负极，发生氧化反应，电极反应为Fe－2e－=Fe2＋，C项错误；铁片上的NaCl溶液为铁与碳形成原电池供应了电解质溶液，D项正确。8．确定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表。下列说法错误的是(B)pH2466.5813.514腐蚀快慢较快慢较快主要产物Fe2＋Fe3O4Fe2O3FeOeq\o\al(－,2)A.当pH<4时，碳钢主要发生析氢腐蚀B．当6<pH<8时，碳钢主要发生化学腐蚀C．当pH>14时，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓[解析]在pH<4的溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀，负极电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，正极电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，故A说法正确；在6<pH<8的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，故B说法错误；在pH>14的溶液中，碳钢腐蚀的正极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，故C说法正确；在煮沸除氧气后的碱性溶液中，正极上参加反应的氧气削减，所以碳钢腐蚀速率会减缓，故D说法正确。9．利用如图装置可以完成很多电化学试验。下列有关此装置的叙述中，不正确的是(B)A．若X为锌棒，Y溶液为NaCl溶液，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀，这种方法称为牺牲阳极法B．若X为碳棒，Y溶液为NaCl溶液，开关K置于N处，可加快铁的腐蚀C．若X为铜棒，Y溶液为硫酸铜溶液，开关K置于M处，铜棒质量将增加，此时外电路中的电子会向铜电极移动D．若X为铜棒，Y溶液为硫酸铜溶液，开关K置于N处，可用于铁表面镀铜，溶液中铜离子浓度不变[解析]开关K置于M处，则装置为原电池，由于金属活动性：Zn>Fe，因此Zn为负极，Fe为正极，可减缓铁的腐蚀，这种方法称为牺牲阳极法，A正确；开关K置于N处，则装置为电解池，若X为碳棒，Y为NaCl溶液，Fe为阴极，被疼惜，不会引起Fe的腐蚀，B错误；开关K置于M处，则装置为原电池，若X为铜棒，Y溶液为硫酸铜溶液，由于金属活动性：Fe>Cu，Fe作负极，发生反应：Fe－2e－=Fe2＋，Cu为正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，此时铜棒质量将增加，在外电路中的电子由铁电极经导线向铜电极移动，C正确；开关K置于N处，则装置为电解池，Y溶液为硫酸铜溶液，若阳极X为铜棒，电极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，Fe为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，可用于铁表面镀铜，由于两电极溶解的Cu的质量和析出的Cu的质量相等，因此溶液中铜离子浓度不变，D正确。10．疫情防控中要对环境进行彻底消毒，二氧化氯(ClO2，黄绿色、易溶于水的气体)是一种平平稳定、高效低毒的消毒剂。工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法制备ClO2的原理如图所示。下列说法不正确的是(A)A．c为电源的正极，在b极区流出的Y溶液是浓盐酸B．电解池a极上发生的电极反应式为NHeq\o\al(＋,4)－6e－＋3Cl－=NCl3＋4H＋C．二氧化氯发生器内，发生的氧化还原反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶6D．当有0.3mol阴离子通过离子交换膜时，二氧化氯发生器中产生标准状况下1.12LNH3[解析]由图可知，右侧装置为电解池，a极为电解池的阳极，NHeq\o\al(＋,4)在阳极失去电子发生氧化反应生成NCl3，电极反应式为NHeq\o\al(＋,4)－6e－＋3Cl－=NCl3＋4H＋，b为电解池阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成H2，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，在b极区流出的Y溶液是稀盐酸，则c为直流电源的正极，d为负极；a极生成的NCl3进入左侧的二氧化氯发生器中与NaClO2发生氧化还原反应3H2O＋NCl3＋6NaClO2=6ClO2↑＋NH3↑＋3NaCl＋3NaOH。二、非选择题：本题共3小题。11．利用电化学原理，将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，模拟工业电解法来处理含Cr2Oeq\o\al(2－,7)废水，如图所示；电解过程中溶液发生反应：Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。请回答下列问题：(1)甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5，可循环运用。则石墨Ⅰ是电池的负极；石墨Ⅰ旁边发生的电极反应式为NO2＋NOeq\o\al(－,3)－e－=N2O5。(2)工作时，甲池内的NOeq\o\al(－,3)向石墨Ⅰ(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”)极移动；在相同条件下，消耗的O2和NO2的体积之比为1∶4。(3)乙池中Fe(Ⅰ)上发生的电极反应为Fe－2e－=Fe2＋。(4)若溶液中削减了0.01molCr2Oeq\o\al(2－,7)，则电路中至少转移了0.12mol电子。[解析](1)甲池工作时，NO2转变成N2O5，氮元素的化合价上升，则石墨Ⅰ为负极，电极反应式为NO2＋NOeq\o\al(－,3)－e－=N2O5，石墨Ⅱ为正极。(2)由于石墨Ⅰ为负极，原电池中阴离子向负极移动；依据得失电子守恒计算1molO2反应过程中转移4mol电子，4molNO2转变成N2O5，转移4mol电子，相同状况下气体的体积之比等于其物质的量之比，故O2和NO2的体积之比为1∶4。(3)由于石墨Ⅰ为负极，故Fe(Ⅰ)为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋。(4)依据Cr2Oeq\o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋=2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，每0.01molCr2Oeq\o\al(2－,7)能够氧化0.06molFe2＋，即电解过程中须要生成0.06molFe2＋，Fe(Ⅰ)为阳极，电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，故转移电子的物质的量为0.06mol×2＝0.12mol。12．钢铁是目前应用最广泛的金属材料，了解钢铁腐蚀的缘由与防护方法具有重要意义，对钢铁制品进行抗腐蚀处理，可适当延长其运用寿命。(1)抗腐蚀处理前，生产中常用盐酸来除铁锈。现将一个表面生锈的铁件放入盐酸中，当铁锈除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式为Fe＋2FeCl3=3FeCl2。(2)利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。①若X为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于N处。②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为牺牲阳极法。(3)图中若X为粗铜，容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关K置于N处，一段时间后，当铁件质量增加3.2g时，X电极溶解的铜的质量小于(填“小于”“大于”或“等于”)3.2g。(4)图中若X为铜，容器中海水替换为FeCl3溶液，开关K置于M处，铜电极发生的电极反应式为2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋，若将开关K置于N处，发生的总反应式为Cu＋2Fe3＋=2Fe2＋＋Cu2＋。[解析](1)铁锈的成分为Fe2O3·xH2O，能和盐酸反应生成FeCl3和水，当铁锈除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式为Fe＋2FeCl3=3FeCl2。(3)容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关K置于N处，一段时间后，当铁件质量增加3.2g时，理论上X电极溶解的铜的质量为3.2g，但X为粗铜，粗铜中有杂质参加反应，所以X电极溶解的铜的质量小于3.2g。(4)若X为铜，容器中海水替换为FeCl3溶液，开关K置于M处，此时构成原电池装置，铜电极为正极，发生电极反应式为2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋；若将开关K置于N处，此时构成电解池装置，铜为阳极，铜本身被氧化而溶解，阴极铁离子被还原，总反应式为Cu＋2Fe3＋=2Fe2＋＋Cu2＋。13．(2024·广东深圳外国语学校期末)铁的腐蚀与防护与生产生活密切相关。Ⅰ.探讨铁的腐蚀试验步骤如下：步骤1：将铁粉放置于0.002mol·L－1CuSO4溶液中浸泡，过滤后用水洗涤。步骤2：向15.00mL1mol·L－1NaCl溶液(用盐酸调pH＝1.78)中加入浸泡过的Fe粉。步骤3：收集溶液pH随时间变更的数据。(1)第一阶段，主要发生析氢腐蚀，Cu上发生的电极反应为2H＋＋2e－=H2↑。(2)其次、三阶段主要发生吸氧腐蚀。①选取b点进行分析，经检验溶液中含有Fe2＋，写出Fe被腐蚀的总反应：2Fe＋O2＋4H＋=2Fe2＋＋2H2O。②取b点溶液向其中滴加KSCN无明显现象，加入稀盐酸后马上变红。写出b点Fe2＋被氧化的离子方程式：4Fe2＋＋O2＋10H2O=4Fe(OH)3＋8H＋。③依据b点发生的反应，分析其次阶段pH上升的缘由是相同时间内，铁被氧化成Fe2＋消耗H＋的量大于Fe2＋被氧化成Fe(OH)3产生H＋的量。Ⅱ.探讨铁的防护(3)在铁表面镀锌可有效防止铁被腐蚀已知：Zn2＋放电的速率缓慢且平稳，有利于得到致密、细腻的镀层。①镀件Fe应与电源的负极相连。②向ZnSO4电解液中加入NaCN溶液，将Zn2＋转化为[Zn(CN)4]2－，电解得到的镀层更加致密、细腻，缘由是通过反应Zn2＋＋4CN－[Zn(CN)4]2－降低c(Zn2＋)，使得Zn2＋放电速率减缓，同时通过平衡的移动补充放电消耗的Zn2＋，使其浓度保持相对稳定，达到放电速率平稳的作用。(4)电镀后的废水中含有CN－，一种测定其含量的方法是取废水50mL，再加1mLKI溶液，用cmol·L－1AgNO3溶液滴定，消耗AgNO3溶液VmL。已知：Ag＋＋2CN－[Ag(CN)2]－(无色)K＝1.0×1021，Ag＋＋I－AgIK＝1.2×1016。①滴定终点的现象是溶液中产生黄色沉淀，半分钟内沉淀不溶解。②废水中CN－的含量是eq\f(26cV,25)g·L－1(填算式)。[解析](1)由题意可知，第一阶段