2023届高考化学人教版一轮复习测评-(十九)　电解池、金属的腐蚀与防护

电解池、金属的腐蚀与防护一、选择题(本题包括12个小题，每小题只有一个选项符合题意)1．下列叙述与电化学腐蚀有关的是()A．切过菜的菜刀不及时清洗易生锈B．在空气中金属镁、铝都具有较好的抗腐蚀性C．红热的铁丝与水接触时，表面形成了蓝黑色的物质D．把铁片投入到氯化铜的溶液中，在铁表面上附着一层红色的铜【详解】A切过菜的菜刀不及时清洗，在菜刀上就会以NaCl为电解质溶液形成原电池，发生电化学腐蚀，A正确；金属镁、铝都具有较好的抗腐蚀性，是因为它们在空气中容易氧化，在金属表面生成一层致密的氧化物薄膜，阻止继续被氧化，B错误；红热的铁丝与水蒸气接触，生成四氧化三铁，属于化学腐蚀，C错误；铁片投入到氯化铜的溶液中是直接发生化学反应，将铜置换，D错误。2.下列关于如图电解池工作时的相关叙述正确的是()A．Fe电极作阳极，发生氧化反应B．Cl－向石墨电极作定向移动C．石墨电极反应：Fe3＋＋3e－=FeD．电解池发生总反应：2Cl－＋2Fe3＋eq\o(=,\s\up7(电解))Cl2↑＋2Fe2＋【详解】AA项，电子流出的一极是电源的负极，故Fe连接电源的正极，为阳极，发生氧化反应，正确；B项，电解质溶液中，阴离子向阳极移动，Fe为阳极，Cl－向Fe电极作定向移动，错误；C项，石墨电极是电解池的阴极，发生还原反应，电极反应为Fe3＋＋e－=Fe2＋，错误；D项，Fe为阳极，是活性电极，Fe被氧化生成Fe2＋，石墨电极是电解池的阴极，Fe3＋发生还原反应生成Fe2＋，故电解池发生的总反应：Fe＋2Fe3＋eq\o(=,\s\up7(电解))3Fe2＋，错误。3．用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4­H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是()A．待加工铝质工件为阳极B．可选用不锈钢网作为阴极C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－=AlD．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动【详解】C利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜，即待加工铝质工件作阳极，A项正确；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B项正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是H＋放电，阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－=H2↑，C项错误；在电解过程中，电解池中的阴离子向阳极移动，D项正确。4．我国科研团队开发了一种新型铠甲催化剂Ni/Co@石墨烯，可以高效去除合成气中的H2S杂质并耦合产氢，其工作原理如图所示。下列说法错误的是()A．铠甲催化剂电极上的电势高于M电极上的电势B．阴极的电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑C．通电后，阳极区溶液的pH降低D．生成H2和Sx的物质的量之比为1∶x【详解】D由图中信息知，铠甲催化剂电极为阳极，M电极为阴极，阳极上的电势高于阴极上的电势，A项正确；阴极上氢离子得电子，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，B项正确；阳极区H2S反应生成Sx和H＋导致阳极区溶液的pH降低，C项正确；阴极上生成1molH2得到2mol电子，阳极上生成1molSx失去2xmol电子，由电子守恒知，生成H2和Sx的物质的量之比为x∶1，D项错误。5．(2022·宜宾模拟)近期，我国科学家在氯碱工业的基础之上，用电解法研究“碳中和”中CO2的处理，其装置工作原理如图。下列说法错误的是()A．X为氯气B．膜Ⅱ为阴离子交换膜C．a极电势低于b极电势D．M电极上发生的电极反应式为CO2＋H2O＋2e－=HCOO－＋OH－【详解】B二氧化碳转化为甲酸根，碳元素化合价降低，得到电子，根据电解原理可知M极为阴极，N极为阳极，所以X为氯气，A项正确；根据电解原理图可知Na＋要通过膜Ⅱ进入中间室，所以膜Ⅱ是阳离子交换膜，B项错误；a极为负极，电势低于b极，C项正确；M电极上二氧化碳转化为甲酸根，碳元素化合价降低，发生的电极反应式为CO2＋H2O＋2e－=HCOO－＋OH－，D项正确。6.利用如图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，将装置密封放置一段时间。下列说法不正确的是()A．a处生铁发生吸氧腐蚀，b处生铁发生析氢腐蚀B．一段时间后，a处液面高于b处液面C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小D．a、b两处具有相同的负极反应式：Fe－2e－=Fe2＋【详解】Ca处是中性溶液，所以生铁发生吸氧腐蚀，b处是酸性溶液，生铁发生析氢腐蚀，A正确；a处发生吸氧腐蚀，消耗O2导致气体压强减小，b处发生析氢腐蚀，生成氢气导致气体压强增大，装置内形成压强差，所以一段时间后，a处液面高于b处液面，B正确；a处发生吸氧腐蚀，铁失电子生成亚铁离子，氧气得电子生成氢氧根离子，所以a处pH增大，b处发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，反应过程中消耗H＋，所以b处溶液的pH增大，C错误；a、b两处构成的原电池中，铁都作负极，因此a、b两处具有相同的负极反应式：Fe－2e－=Fe2＋，D正确。7.(2020·山东高考)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是()A．阳极反应为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑B．电解一段时间后，阳极室的pH未变C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量【详解】D根据图可知，b极由O2反应生成了H2O2，在这个过程中，氧元素化合价降低，发生了得电子的还原反应，因此b极是电解池的阴极，可推出阴极的电极反应式为O2＋2e－＋2H＋=H2O2，则a极为电解池的阳极，发生失电子的氧化反应，根据图可知阳极生成了氧气，则阳极反应为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，故A正确；根据阳极的电极反应可知，阳极生成了氢离子，但同时生成的氢离子全部从阳极室移向阴极室，故电解一段时间后，阳极室的pH未变，故B正确；电解池的电解质溶液中，阳离子会移向阴极，故氢离子由a极区向b极区迁移，故C正确；阳极的电极反应式为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，保持阴极和阳极电极反应的得失电子数一致，可得阴极的电极反应为2O2＋4e－＋4H＋=2H2O2，同一个电路中阳极的失电子总数和阴极的得电子总数在相同情况下是一样的，故电解一段时间后，a极生成的氧气与b极反应的氧气的物质的量之比为1∶2，不相等，故D错误。8.如图所示，a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解，下列说法正确的是()A．电路中电子流向：负极→d→c→b→a→正极B．a、c两极产生气体的物质的量相等C．SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))向b电极移动，Cl－向c电极移动D．电解一段时间，向甲中加CuO可以恢复甲溶液【详解】D电子只能在外电路中移动，故A错误；a极产生O2，c极产生Cl2，根据电子守恒O2～2Cl2～4e－，O2和Cl2的物质的量之比为1∶2，故B错误；阴离子向阳极移动，a和c是阳极，所以SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))向a电极移动，Cl－向c电极移动，C错误。9．(2021·广东高考)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是()A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B．生成1molCo，Ⅰ室溶液质量理论上减少16gC．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变D．电解总反应：2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2Co＋O2↑＋4H＋【详解】D石墨电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，H＋通过阳离子交换膜由Ⅰ室进入Ⅱ室，右侧Co电极为阴极，电极反应式为Co2＋＋2e－=Co，Cl－通过阴离子交换膜由Ⅲ室进入Ⅱ室，与H＋结合生成盐酸。由上述分析知，Ⅰ室中水放电使硫酸浓度增大，Ⅱ室中生成盐酸，故Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均减小，A错误；生成1molCo时，转移2mol电子，Ⅰ室有0.5molO2(即16g)逸出，有2mol(即2g)H＋通过阳离子交换膜进入Ⅱ室，则Ⅰ室溶液质量理论上减少18g，B错误；移除两交换膜后，石墨电极上的电极反应为2Cl－－2e－=Cl2↑，C错误；根据上述分析可知，电解时生成了O2、Co、H＋，则电解总反应为2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2Co＋O2↑＋4H＋，D正确。10．(2021·邯郸模拟)某实验小组模拟海水淡化的同时制备H2、Cl2和NaOH溶液，装置如图所示(两端为惰性电极，阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过)。下列有关说法错误的是()A．甲室产生的气体能使湿润的淀粉­KI试纸变蓝B．膜①是阴离子交换膜C．淡水的出口只有cD．随着电解的进行，戊室溶液的pH不断增大【详解】C甲室为阳极室，电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑，Cl2能使湿润的淀粉­KI试纸变蓝，A正确；反应过程中丙室中Na＋通过膜②到丁室，Cl－通过膜①到乙室；膜①是阴离子交换膜，膜②是阳离子交换膜，B正确；淡水的出口为a和c，C错误；戊室的电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，随电解的进行，溶液的pH不断增大，D正确。11．利用电解法将CO2转化为CH4的原理如图所示。下列说法正确的是()A．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移B．电极b上反应为CO2＋8HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))－8e－=CH4＋8COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋2H2OC．电解过程中化学能转化为电能D．电解时Na2SO4溶液浓度保持不变【详解】A由图可知，电极a中O元素化合价升高，失去电子，被氧化，为阳极，则电极b为阴极，得到电子。电解池中阳离子向阴极移动，则H＋由a极区向b极区迁移，故A项正确；电极b为阴极得到电子，故B项错误；电解过程由电能转化为化学能，故C项错误；电解Na2SO4相当于电解H2O，消耗溶液中H2O，浓度会发生变化，故D项错误。12．(2021·广东选择考适应性测试)环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒，一种制备方法为：使用惰性电极电解KCl溶液，用Cl－交换膜将电解液分为阴极区和阳极区，其中一区持续通入乙烯，电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl＋OH－=Cl－＋H2O＋C2H4O。下列说法错误的是()A．乙烯应通入阴极区B．移出交换膜前存在反应Cl2＋H2OHCl＋HClOC．使用Cl－交换膜阻止OH－通过，可使Cl2生成区的pH逐渐减小D．制备过程的总反应为H2C=CH2＋H2O=H2＋C2H4O【详解】A环氧乙烷的制备原理：Cl－在阳极被氧化生成Cl2，Cl2与水发生反应的化学方程式为Cl2＋H2OHCl＋HClO，HClO与乙烯发生加成反应生成HOCH2CH2Cl，阴极区水电离出的氢离子放电生成氢气，同时产生氢氧根离子，电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl＋OH－=Cl－＋H2O＋C2H4O。阳极区产生HClO，所以乙烯通入阳极区，故A错误；根据分析可知阳极氧化生成的氯气会与水发生反应Cl2＋H2OHCl＋HClO，故B正确；根据分析可知阳极区会产生HCl，使用Cl－交换膜阻止OH－通过，HCl的浓度不断增大，pH逐渐减小，故C正确；根据分析可知该反应过程中KCl并没有被消耗，实际上是水、乙烯反应，总反应为H2C=CH2＋H2O=H2＋C2H4O，故D正确。二、非选择题(本题包括3个小题)13．(1)(2021·湖南高考·节选)利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。①电解过程中OH－的移动方向为____________(填“从左往右”或“从右往左”)。②阳极的电极反应式为_________________________________________________。(2)(2021·山东高考·节选)利用膜电解技术(装置如图所示)，以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为4Na2CrO4＋4H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑。则Na2Cr2O7在________(填“阴”或“阳”)极室制得，电解时通过膜的离子主要为________________________________________________________________________。【详解】(1)①根据反应物以及两极产物，可以看出产生氢气的一极氢元素的化合价变化为＋1价→0价，发生还原反应，应为阴极，产生氮气的一极氮元素的化合价变化为－3价→0价，发生氧化反应，应为阳极。电解池中，阴离子向阳极移动，所以电解过程中OH－的移动方向为从右往左。②阳极上NH3变为N2，溶液环境为碱性，所以阳极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O。(2)由4Na2CrO4＋4H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑可知，电解过程中实质是电解水，阳极上H2O失去电子生成H＋和O2，根据2CrOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋H2OCr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7))＋2OH－，平衡正向移动，c(CrOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)))减小，c(Cr2Oeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(7)))增大，为提高制备Na2Cr2O7的效率，CrOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))通过离子交换膜移向阳极，阴极上H2O得到电子生成OH－和H2。【答案】(1)①从右往左②2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O(2)阳CrOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))14．双极膜由阳离子交换膜、催化剂层和阴离子交换膜组合而成，在直流电场作用下可将水解离，在双极膜的两侧分别得到H＋和OH－，将其与阳离子交换膜(阳膜)、阴离子交换膜(阴膜)组合，可有多种应用。(1)海水淡化：模拟海水淡化，双极膜组合电解装置示意图如图甲。①X极是________极(填“阴”或“阳”)。②电解后可获得较浓的盐酸和较浓的NaOH溶液，图甲中双极膜的右侧得到的是_______(填“H＋”或“OH－”)。(2)钠碱循环法脱除烟气中的SO2，并回收SO2：用pH>8的Na2SO3溶液作吸收液，脱除烟气中的SO2，至pH<6时，吸收液的主要成分为NaHSO3，需再生。Ⅰ.加热pH<6时的吸收液使其分解，回收SO2并再生吸收液。所得的再生吸收液对SO2的吸收率降低，结合离子方程式解释原因：______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。Ⅱ.双极膜和阴膜组合电渗析法处理pH<6时的吸收液，可直接获得再生吸收液和含较高浓度HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的溶液，装置示意图如图乙。①再生吸收液从________室流出(填“A”或“B”)。②简述含较高浓度HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的溶液的生成原理：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。③与Ⅰ中的方法相比，Ⅱ中的优点是______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(列出2条)。【详解】(1)①根据题图甲，X极发生氧化反应生成氧气，所以X极是阳极；②Y极氢离子得电子生成H2，说明Y极为阴极，电解质溶液中阳离子移向阴极，所以双极膜的右侧得到的是H＋。(2)Ⅰ.加热pH<6时的吸收液，分解的过程中SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))会被空气中的氧气氧化，发生反应：2SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋O2=2SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，2HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋O2=SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H＋，且加热加快化学反应速率，造成再生吸收液中c(SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3)))降低，使SO2的吸收率降低。Ⅱ.①右侧电极为阴极，阴极氢离子得电子生成氢气，OH－进入B室，OH－和HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))反应生成SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))，直接获得再生吸收液；②A室中经过双极膜迁移过来的H＋和SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))反应生成HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))，提高HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的浓度。【答案】(1)①阳②H＋(2)Ⅰ.加热pH<6时的吸收液，分解的过程中还发生反应：2SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋O2=2SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，2HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋O2=SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H＋，且加热加快化学反应速率，造成再生吸收液中c(SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3)))降低，使SO2的吸收率降低Ⅱ.①B②B室中的SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))和HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))在电场作用下通过阴膜进入A室，A室中通过双极膜的H＋和溶液中的SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))反应生成HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))，提高HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的浓度③Ⅱ中的方法可直接获得再生吸收液，减少因加热氧化生成大量的SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，而降低再生吸收液对SO2的吸收率；Ⅱ中的方法可获得含较高浓度的HSOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的溶液，进而获得比Ⅰ中的浓度高的SO215．电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题：(1)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺如图所示：①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极应连接电源的___________(填“正极”或“负极”)，对应的电极反应式为_____________。②a极区pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。③图中应使用___________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。(2)电解K2MnO4溶液制备KMnO4。工业上，通常以软锰矿(主要成分是MnO2)与KOH的混合物在铁坩埚(熔融池)中混合均匀，小火加热至熔融，即可得到绿色的K2MnO4，化学方程式为________________________________________________________________。用镍片作阳极(镍不参与反应)，铁板为阴极，电解K2MnO4溶液可制备KMnO4。上述过程用流程图表示如下：则D的化学式为________；阳极的电极反应式为________________________________________________________________________________________________________；阳离子迁移方向是_____________________________________________________。(3)电解硝酸工业的尾气NO可制备NH4NO3，其工作原理如图所示：①阴极的电极反应式为_________________________________________________。②将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，则通入的NH3与实际参加反应的NO的物质的量之比至少为________。【详解】(1)①根据题意可知，Cl－放电生成ClO2的电极为阳极，接电源的正极。根据元素守恒，有水参加反应，同时生成H＋，电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O=ClO2↑＋4H＋；②a极区为阴极区，电极反应式为2