第18讲电解池金属的腐蚀与防护（检测）-2023年高考化学一轮复习四点卓越讲义

第18讲电解池、金属的腐蚀与防护（精准检测卷）时间：50分钟一、选择题（12个小题，每小题只有一个正确选项，每题5分，共60分）1．《环境科学》刊发了我国科研部门采用零价铁活化过硫酸钠(Na2S2O8，其中S为＋6价)去除废水中的正五价砷［As(V)]的研究成果，其反应机制模型如图所示。下列叙述错误的是A．56gFe参加反应，共有NA个S2O被还原B．1mol过硫酸钠(Na2S2O8)含NA个过氧键C．碱性条件下，硫酸根自由基发生反应的方程式为：SO·+OH=SO+·OHD．pH越小，越不利于去除废水中的正五价砷【答案】A【解析】A．一个S2O和一个Fe反应生成两个SO和一个Fe2+，该过程转移2个电子，但是Fe2+还要与个S2O反应变成Fe3+和自由基，56gFe为1molFe因此1mol铁参加反应要消耗1.5mol个S2O，共有1.5NA个S2O被还原，故A错误；B．1mol过硫酸钠(Na2S2O8)含1mol过氧键，即含有NA个过氧键，故B正确；C．结合图示可知，碱性条件下，SO·发生反应的方程式为：SO·+OH=SO+·OH，故C正确；D．因为最后是将离子转变为沉淀析出的，则溶液的碱性越强越有利于析出，即pH越大越有利于去除废水中的正五价砷，pH越小，越不利于去除废水中的正五价砷，故D正确；故选A。2．通过3D打印技术制作的人工肾脏是一种可替代肾脏功能的装置，用于帮助患有尿毒症疾病的患者。实验室用如图装置模拟人工肾脏的工作原理，电解生成的质子Cl2将尿素[CO(NH2)2]氧化排出，则下列说法正确的是A．b为电源的正极，H+从左室通过质子交换膜移动到右室B．阳极室中发生的反应依次是：2C12e=Cl2↑，CO(NH2)2+7Cl2+5H2O=2NO2+CO2+14HClC．电解结束后，阴极室中溶液的pH与电解前相同D．该方法与血液透析清除尿素的原理基本相同【答案】C【解析】A．由图示可知，左室产生二氧化碳，右室产生氢气，则左室是电解池的阳极，右室是电解池的阴极，b为电源的负极，H+从左室通过质子交换膜移动到右室，A错误；B．电解生成的质子Cl2将尿素氧化排出，阳极室中发生的反应依次是：2C12e=Cl2↑，CO(NH2)2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl，B错误；C．阴极电极反应式为：2H2O+2e=2OH+H2↑，阳极室中发生的反应依次是：2C12e=Cl2↑，CO(NH2)2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl，依据得失电子守恒可知，阴、阳极产生的氢氧根离子和氢离子数目相等，阳极室产生的H+通过质子交换膜进入阴极室与氢氧根离子结合生成水，所以阴极室中溶液的pH与电解前相同，C正确；D．血液透析属于物理方法进行分离物质，但是电解法属于化学方法，该方法与血液透析清除尿素的原理不同，D错误；答案选C。3．用图甲装置电解一定量的CuSO4溶液，M、N为惰性电极。电解过程实验数据如图乙所示。横轴表示电解过程中转移电子的物质的量，纵轴表示电解过程产生气体的总体积。下列说法不正确的是A．P点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态B．电解过程中N电极表面始终有红色物质生成，无气泡产生C．PQ电解过程为电解水，N极产生H2，M极产生O2D．若M电极材料换成Cu，则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变【答案】B【解析】A．CuSO4溶液中含有的阳离子是：Cu2＋、H＋，阴离子是OH－、SO，惰性材料作电极，OH－的放电顺序大于SO，OH－放电，即阳极电极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，Cu2＋放电顺序大于H＋，Cu2＋先放电，即阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，P点后，气体体积突然增加，说明P点Cu2＋消耗完全，所以此过程中阳极产物为O2，阴极产物为Cu，所以只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态，A正确；B．N极接电源的负极，N极作阴极，根据选项A的分析，先有红色铜析出，然后出现气体，B错误；C．根据A选项可知P点时Cu2+完全反应，所以PQ电解过程中，阳极反应为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑，阴极反应为2H＋＋2e－=H2↑，实质上就是电解水，N极即阴极产生氢气，M极即阳极产生氧气，C正确；D．若M电极换成Cu作电极，阳极上发生Cu－2e－=Cu2＋，阴极反应式Cu2＋＋2e－=Cu，因此电解过程中CuSO4溶液的浓度不变，D正确；综上所述答案为B。4．一种采用SOEC共电解H2O/CO2技术合成CH4的工作原理如图所示。图中三相界面即电子导体相、离子导体相和气相共存的界面。下列说法正确的是A．电解时，M电极与电源的负极相接B．电解时，阴极电极反应式之一为CO2+2e=CO+O2C．若电解过程中生成22.4LCH4，则转移电子的数目一定为6NAD．若该装置能为外界提供电力，则M电极为负极【答案】B【解析】A．M电极处生成O2，应为O2失去电子生成O2，为阳极，与电源的正极相连，故A错误；B．阴极电极处，CO2→CO，H2O→H2，CO2→CH4，故阴极电极反应式之一为CO2+2e=CO+O2，故B正确；C．没有指明为标准状况，故无法计算甲烷的物质的量，且阴极除了生成甲烷外，还生成氢气和CO，故不能计算转移电子数，故C错误；D．若该装置能为外界提供电力，为电解池，O2→O2，M电极为正极，故D错误；故选B。5．我国科研团队将电解食盐水的阳极反应与电催化还原CO2的阴极反应相耦合，制备CO与次氯酸盐，阴极区与阳极区用质子交换膜隔开。装置如图所示，下列说法正确的是A．b极为电源的负极B．工作时，阴极附近溶液pH减小C．电池工作时，阳极发生的电极反应式为：Cl+H2O2e=ClO+2H+D．工作时，每转移1mol电子，阴极室和阳极室质量变化相差10g【答案】D【解析】A．左侧通入二氧化碳生成一氧化碳，说明为阴极，则a为电源的负极，A项错误；B．工作时，阴极为二氧化碳得到电子与水反应生成一氧化碳和水，电极反应式为CO2+2H++2e=CO+H2O消耗氢离子，溶液的pH增大，B项错误；C．阳极为氯离子失去电子结合氢氧根离子生成次氯酸根离子和水，C项错误；D．每转移1mol电子，有1mol氢离子从阳极室移动到阴极室，阴极室由电极反应CO2+2H++2e=CO+H2O分析，质量增加了8克，故阴极室和阳极室质量相差10克，D项正确。故选D。6．水是鱼类赖以生存的环境，较好的水质能减少鱼类疾病的发生，更有利于鱼类的生长和生存。世界水产养殖协会网介绍了一种利用电化学原理净化鱼池中水质的方法，其装置如图所示。下列说法正确的是A．Y为电源的正极B．阴极反应式为2+10e+12H+=N2↑+6H2OC．将该装置放置于高温下，可以提高其净化效率D．若BOD为葡萄糖(C6Hl2O6)，则1mol葡萄糖被完全氧化时，理论上电极上流出22mole【答案】B【解析】从装置图中可知，X电极连接的电极上发生反应是微生物作用下BOD、H2O生成CO2，Y电极连接电极上，微生物作用下，硝酸根离子生成了氮气，氮元素化合价降低，发生还原反应，为电解池的阴极，则Y为负极，X为正极。A．Y电极连接电极上，微生物作用下，硝酸根离子生成了氮气，氮元素化合价降低，发生还原反应，为电解池的阴极，则Y为电源的负极，故A错误；B．阴极是硝酸根离子生成了氮气，氮元素化合价降低，发生还原反应，阴极反应式为2+10e+12H+=N2↑+6H2O，故B正确；C．若该装置在高温下进行，催化剂微生物被灭活，则净化效率将降低，故C错误；D．若BOD为葡萄糖(C6Hl2O6)，则1mol葡萄糖被完全氧化时，碳元素化合价0价变化为+4价，理论上电极上流出电子的物质的量：4e×6=24mole，故D错误；故选：B。7．NaCl是一种化工原料，可以制备一系列物质(见图)。下列说法正确的是A．用阳离子交换膜法电解饱和食盐水时，阴极得到NaOH和H2B．BrCl与Cl2性质相似，BrCl可与Cl2反应得到Br2C．工业上制取NaHCO3时，向精制饱和食盐水中先通入CO2后通入NH3D．工业上制取NaHCO3时，过滤得到NaHCO3沉淀后的母液，经吸氨、降温冷析后，加NaCl盐析，可得到NaHCO3沉淀【答案】A【解析】A．用阳离子交换膜电解饱和食盐水，阴极电极反应为：，所以阴极可得到氢氧化钠和氢气，A项正确；B．BrCl与Cl2性质相似，两者都具有强氧化性，BrCl与Cl2不反应，无法制得Br2，B项错误；C．工业上制取NaHCO3时，应向精制饱和食盐水中先通入NH3(NH3在水中溶解度更大)后通入CO2，C项错误；D．工业上制取NaHCO3时，过滤得到NaHCO3沉淀后的母液，其主要成分为氯化铵，经吸氨、降温冷析后，加NaCl盐析，可得到氯化铵，D项错误；答案选A。8．如图为电解装置示意图。下列电解目的不能实现的是选项电极材料电解质溶液电解目的Aa.铜，b.碳棒饱和食盐水制取、和Ba.银，b.铁溶液铁上镀银Ca.粗铜，b.精铜溶液电解精炼铜Da.碳棒，b.铜稀溶液制取少量和A．A B．B C．C D．D【答案】A【解析】由图可知，该装置为电解池，且a端接电源正极，为电解池的阳极，b为阴极。A．铜作阳极，自身放电产生Cu2+，此时溶液中Cl无法放电，故不能得到氯气，A符合题意；B．镀银时，Fe为镀件，Ag为镀层金属，镀件作阴极被保护，则阳极为银，阴极为铁，电解质为AgNO3溶液，故B可以实现，不符合题意；C．电解精炼粗铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，电解质溶液为可溶性的铜盐，故C可以实现，不符合题意；D．碳棒为阳极，铜作阴极，则此时阳极H2O电离出的OH放电生成O2，阴极为H2O电离出的H+放电生成H2，故D可以实现，不符合题意；故答案选A。9．如下图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液在F极附近显红色。则下列说法正确的是A．电源B极是正极B．(甲)(乙)装置的C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量之比为1：2：2：1C．欲用(丙)装置给铜镀银，G应该是Ag，电镀液是AgNO3溶液D．装置(丁)中Y极附近红褐色变深，说明Fe(OH)3胶体带正电荷【答案】C【解析】A．根据图片知，该装置是电解池，将电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色，说明F极附近有大量氢氧根离子，由此得出F极上氢离子放电生成氢气，所以F极是阴极，则电源B极是负极，A极是正极，A错误；B．甲装置中C电极上氢氧根离子放电生成氧气，D电极上铜离子放电生成铜单质，E电极上氯离子放电生成氯气，F电极上氢离子放电生成氢气，所以甲、乙装置的C、D、E、F电极均有单质生成；生成1mol氧气需要4mol电子，生成1mol铜时需要2mol电子，生成1mol氯气时需要2mol电子，生成1mol氢气时需要2mol子，所以转移相同物质的量的电子时生成单质的物质的量之比为1：2：2：2，B错误；C．若用丙装置给铜镀银，G应该是Ag，H是Cu，电镀液是AgNO3溶液，C正确；D．丁装置中Y电极是阴极，如果Y极附近红褐色变深，说明Fe(OH)3胶粒带正电荷，Fe(OH)3胶体是不带电的，D错误；故选C。10．粗银中含有、等杂质，用电解法以硝酸银为电解质提纯银。下列说法正确的是A．粗银与电源负极相连 B．阴极反应式为：C．、在阳极区中沉积 D．电解液中浓度先增大后减小【答案】B【解析】电解法精炼粗银，粗银做阳极，Ag失电子生成Ag+、Cu生成Cu2+，Pt为惰性金属成为阳极泥，由得电子能力：Ag+>Cu2+，阴极为Ag+得电子生成Ag；A．用电解法精炼粗银，银单质失电子生成银离子，发生氧化反应，粗银与电源正极相连，故A错误；B．由得电子能力：Ag+>Cu2+，阴极为Ag+得电子生成Ag，阴极电极反应为，故B正确；C．粗银做阳极Cu生成Cu2+，Pt为惰性金属成为阳极泥，故C错误；D．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，则电解液中浓度不可能增大，故D错误；故选：B。11．支撑海港码头基础的钢管桩，常用采用如图所示的方法进行防腐，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是A．该保护方法叫做外加电流保护法，高硅铸铁的作用是传递电流B．钢管桩被迫成为阴极而受到保护，其表面的腐蚀电流接近于零C．通电后，调整外加电压，外电路中的电子被强制从钢管桩流向高硅铸铁D．石墨能导电且化学性质不活泼，可用石墨代替高硅铸铁作辅助阳极【答案】C【解析】A．依图示，该防腐利用了外接直流电源，属于外加电流法防腐，高硅铸铁为惰性辅助阳极起到传递电流作用，A项正确；B．外接直流电源的负极与钢管桩连接，钢管桩被迫成为阴极而受到保护，其表面的腐蚀电流接近于零，B项正确；C．外电路中的电子被强制从外接直流电源的负极流向钢管桩，高硅铸铁上海水中阴离子失去电子流向外接直流电源的正极，与海水中离子的移动构成整个防腐电流回路，C项错误；D．高硅铸铁为惰性辅助阳极起到传递电流作用，也可用石墨代替，D项正确；答案选C。12．关于金属的腐蚀与防护，下列说法正确的是A．图①：铁丝发生吸氧腐蚀B．图②：M可用石墨代替C．图③：若电源断开闸门发生吸氧腐蚀D．图③：N不可选石墨【答案】C【解析】A．铁丝发生吸氧腐蚀也需要水参加，图①干燥的空气中没有水分，故A错误；B．图②采用的是牺牲阳极的阴极保护法，金属M必须比铁活泼才可以，则M不可用石墨代替，故B错误；C．图③采用的是外加直流电源保护法，若电源断开，则钢铁闸门和周围的海水形成原电池，发生的是吸氧腐蚀，故C正确；D．图③采用的是外加直流电源的阴极保护法，辅助电极N为阳极，可以是惰性电极石墨，则N可选石墨，故D错误；答案C。二、非选择题（共4小题，共40分）13．一种新型燃料电池，它是用两根铂片作电极插入KOH溶液中，然后向两极上分别通甲烷和氧气，其电池反应为：通CH4的一极电极反应式：CH4+10OH8e=CO+7H2O。如图所示的电解装置中的电源即为上述的甲烷燃料电池，通电一会儿，发现湿润的淀粉KI试纸的C端变为蓝色。则：(1)原电池通O2的一极电极反应式为____。(2)E端是电源的____极，通入的是____气体。(3)B中发生反应的化学方程式为____。(4)A装置中金属银完全析出时，阳极上放出5.6L气体(标准状况下)，电解析出___gAg。【答案】(1)4H2O+2O2+8e=8OH(2)

负

甲烷(3)Cu+2H2OCu(OH)2+H2↑(4)108【解析】(1)根据原电池工作原理，通氧气一极为正极，电解质为KOH溶液，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－；故答案为O2＋4e－＋2H2O=4OH－；(2)用燃料电池作电源，题中所给装置为电解池，C端变蓝，说明产生I2，根据电解原理，C端为阳极，D端为阴极，E为负极，F为正极，燃料电池中通甲烷一极为负极；故答案为负；甲烷；(3)B装置中，Cu电极为阳极，电极反应式Cu－2e－=Cu2＋，石墨为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，总电极反应式为Cu+2H2OCu(OH)2+H2↑；故答案为Cu+2H2OCu(OH)2+H2↑；(4)装置A中Pt为阳极，电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，铁为阴极，电极反应式为Ag＋＋e－=Ag，因此有O2～4e－～4Ag，析出Ag的质量为=108g；故答案为108。14．如图是一个电化学过程的示意图。请回答下列问题：(1)图中甲池是___________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)。(2)A(石墨)电极的名称是___________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)。(3)写出通入CH3OH的电极的电极反应式：___________。(4)乙池中反应的化学方程式为___________，当乙池中B(Ag)极质量增加5.4g，甲池中理论上消耗O2的体积为___________L(标准状况下)，此时丙池中某电极析出1.6g某金属，则丙池中的某盐溶液可能是___________。A．MgSO4溶液

B．CuSO4溶液

C．NaCl溶液

D．AgNO3溶液【答案】(1)原电池(2)阳极(3)CH3OH6e＋8OH=CO＋6H2O(4)

4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3

0.28

B【解析】(1)根据图中信息，甲池是燃料电池，即为原电池，通入氧气的电极为原电池的正极，通入甲醇的电极为负极，其他两个装置为电解池。(2)甲池中通入氧气的电极为原电池的正极，乙池中A(石墨)电极与原电池的正极相连，A(石墨)电极为阳极。(3)通入甲醇的电极为负极，甲醇失电子发生氧化反应，电极反应式为：CH3OH6e＋8OH=CO＋6H2O。(4)乙池是电解硝酸银溶液，阴极为银离子得电子，电极反应式为：Ag++e=Ag，阳极为水失电子，电极反应式为2H2O4e=4H++O2↑，电解方程式为：4AgNO3+2H2O4Ag+4HNO3+O2↑；乙池B电极为阴极，电极反应式为：Ag＋+e=Ag，甲池正极电极反应式为：O2+4e+2H2O=4OH，根据各电极放电量相等，得关系式：4Ag~O2，5.40g银的物质的量为0.05mol，转移电子0.05mol，则消耗氧气0.0125mol，标准状况下体积为0.0125mol×22.4L/mol=0.28L；丙池析出金属1.6g，丙池转移电子的物质的量也是0.05mol，若该金属是+1价金属，则该金属的摩尔质量为=32g/mol，该元素是硫元素，硫元素为非金属元素，所以错误，若该金属是+2价金属，则该金属的摩尔质量为2=64g/mol，该金属是铜，则溶液为硫酸铜溶液，答案选B。15．电化学原理在工业生产中发挥着巨大的作用。I．Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料，同时也是一种新型的高效净水剂，在工业上通常利用如图装置生产Na2FeO4(1)阳极的电极反应式为______(2)阴极产生的气体为______(3)右侧的离子交换膜为_____(填“阴”或“阳”)离子交换膜，阴极区a%___________b%(填“＞”“=”或“＜”)II．如图是一种用电解原理来制备H2O2，并用产生的H2O2处理废氨水的装置。(4)IrRu惰性电极吸附O2生成H2O2，其电极反应式为___________。(5)理论上电路中每转移3mol电子，最多可以处理废氨水中溶质(以NH3计)的质量是___________g。【答案】(1)Fe6e+8OH=+4H2O(2)H2(3)

阴

＜(4)O2+2H++2e═H2O2(5)17【解析】(1)根据图示，Cu电极为阴极，Fe电极为阳极。阳极上Fe失去电子发生氧化反应生成，电极反应式为Fe6e+8OH=+4H2O；(2)H+的放电能力大于Na+，Cu电极上水电离产生的H+得电子产生氢气，电极反应式为2H2O+2e=H2↑+2OH，答案为H2；(3)根据阳极电极反应式Fe6e+8OH=+4H2O，OH参与反应，OH移向右侧，即右侧的离子交换膜为阴离子交换膜；根据阴极反应式2H2O+2e=H2↑+2OH，阴极上产生OH，即Na+通过交换膜移向左侧，生成NaOH，氢氧化钠浓度增大，即a%＜b%；(4)利用电解法制H2O2，在该电解池中，IrRu惰性电极有吸附O2作用为氧气得电子发生还原反应，O2+2H++2e═H2O2，故答案为：O2+2H++2e═H2O2；(5)4NH3+3O22N2+6H2O中，氨气中的氮元素从3价变为氮气中的0价，4mol氨气转移12mol电子，所以转移3mol电子，最多可以处理废氨水中溶质(以NH3计)的物质的量是1mol，质量为1mol。16．金属腐蚀在生活中随处可见，常见的有化学腐蚀和电化学腐蚀．I．某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀的类型及腐蚀速率