2023届新高考新教材化学人教版一轮训练-第六章第3讲　电解池、金属的腐蚀与防护

第六章第3讲电解池、金属的腐蚀与防护一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)1.某实验小组用石墨作电极进行如下实验，实验观察到：a、d处试纸变蓝；b处变红，并局部褪色；c处无明显变化。下列说法中错误的是()A．a极为阴极，发生的电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－B．b极为阳极，涉及的反应有2Cl－－2e－=Cl2↑、Cl2＋H2OHCl＋HClOC．电解过程中，a点电势低于c点电势，所以电子由a点移向c点D．若将铁丝改成铜丝，其余条件相同，电解一段时间后，能发现c处附近变蓝解析：CA．该电解池中，a、d作阴极，而b、c作阳极，所以a是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，故A正确；B.b极为阳极，b处氯离子放电生成氯气，氯气和水能发生反应生成HCl、HClO，涉及的反应有2Cl－－2e－=Cl2↑、Cl2＋H2OHCl＋HClO，故B正确；C.该电解池中，a、d作阴极，而b、c作阳极，电流从电势高的地方流向电势低的地方，由此a点电势低于c点电势，但电子不能通过溶液，不能由a点移向c点，故C错误；D.若将铁丝改成铜丝，c为阳极，发生氧化反应，Cu－2e－=Cu2＋，一段时间后，c处附近变蓝，故D正确。2．(2021·辽宁卷，9)在N羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)介质中，可实现醇向醛的转化，原理如图。下列说法错误的是()A．理论上NHPI的总量在反应前后不变B．海绵Ni电极作阳极C．总反应为D．每消耗1mmol苯甲醇，产生22.4mL氢气解析：D根据题意可知，NHPI在阳极区参与反应，又在阴极区为生成物，因此理论上NHPI的总量在反应前后不发生改变，A正确；Ni2＋在海绵Ni电极失去电子得到Ni3＋，发生氧化反应，则海绵Ni为阳极，B正确；阳极反应式为Ni2＋－e－=Ni3＋，阳极区同时还发生反应：Ni3＋＋NHPI→Ni2＋＋PINO，阴极反应式为2H＋＋2e－=H2，阴极区同时还发生反应：＋NHPI，因此总反应为，C正确；未指明标准状况，不能用Vm＝22.4L·mol－1进行计算，D错误。3．(2021·贵州贵阳摸底)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：2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一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()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保护内层的铁不被腐蚀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无数微小原电池，发生了电化学腐蚀解析：D结合题图知Fe失电子，化合价升高，被氧化，A项错误；铁锈结构疏松，不能保护内层金属，B项错误；铁片腐蚀时，Fe作负极，发生氧化反应：Fe－2e－=Fe2＋，C项错误；铁片上的NaCl溶液为铁与碳形成原电池提供了电解质溶液，D项正确。4．(2021·菏泽一模)纳米Fe2O3在常压电化学法合成氨过程中起催化作用。该电解装置如图所示。已知熔融NaOHKOH为电解液，Fe2O3在发生反应时生成中间体Fe。下列说法正确的是()A．惰性电极是电解池的阴极，发生还原反应B．产生2.24LO2时，转移的电子数为0.4NAC．惰性电极Ⅰ的电极反应：Fe2O3＋3H2O－6e－=2Fe＋6OH－D．生成氨气的反应：2Fe＋N2＋3H2O=Fe2O3＋2NH3解析：D惰性电极产生氧气，氧元素化合价升高，发生氧化反应，故惰性电极为电解池的阳极，A错误；产生2.24LO2，未标注状态，故不能计算转移的电子数，B错误；根据图示可知，惰性电极Ⅰ为阴极，得电子，电极反应式为Fe2O3＋3H2O＋6e－=2Fe＋6OH－，C错误；结合图示及阴极电极反应式可知，生成氨气的反应为2Fe＋N2＋3H2O=Fe2O3＋2NH3，D正确。5．(2021·新高考8省联考，重庆卷)双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。下列说法正确的是()A．出口2的产物为HBr溶液B．出口5的产物为硫酸溶液C．Br－可从盐室最终进入阳极液中D．阴极电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑解析：D电解时，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，溶液中的Na＋向阴极移动，与双极膜提供的氢氧根离子结合，出口2的产物为NaOH溶液，A错误；电解时，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，溶液中的Br－向阳极移动，与双极膜提供的氢离子结合，故出口4的产物为HBr溶液，钠离子不能通过双极膜，故出口5不是硫酸，B错误；结合选项B，Br－不会从盐室最终进入阳极液中，C错误；电解池阴极处，发生的反应是物质得到电子被还原，发生还原反应，水解离成H＋和OH－，则在阴极处发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑，D正确。6．(2021·济宁一模)NaBH4燃料电池具有电压高、能量密度大等优点。以该燃料电池为电源电解精炼铜的装置如图所示。下列说法不正确的是()A．离子交换膜应为阳离子交换膜，Na＋由左极室向右极室迁移B．该燃料电池的负极反应式为BHeq\o\al(－,4)＋8OH－－8e－=BOeq\o\al(－,2)＋6H2OC．电解池中的电解质溶液可以选择CuSO4溶液D．每消耗2.24LO2(标准状况)时，A电极的质量减轻12.8g解析：DA项，通入O2的一极发生反应O2＋4e－＋2H2O=4OH－，则通入O2的一极为正极。Na＋通过交换膜进入右边得到浓NaOH溶液，故离子交换膜允许Na＋通过，是阳离子交换膜，正确。B项，根据图示，负极上BHeq\o\al(－,4)转化为BOeq\o\al(－,2)，电极反应式为BHeq\o\al(－,4)＋8OH－－8e－=BOeq\o\al(－,2)＋6H2O，正确。C项，该电解池用于电解精炼铜，电解质溶液应选择CuSO4溶液，正确。D项，A极连接原电池的正极，作阳极，每消耗2.24LO2(标准状况)时，转移0.4mol电子，但阳极上(A极)为粗铜，不仅有Cu参与放电，还有比Cu活泼的金属放电，故减少的质量不一定为12.8g，错误。7．以石墨为电极电解200mLCuSO4溶液，电解过程中转移电子的物质的量n(e－)与产生气体总体积V(标准状况)的关系如图所示，下列说法中正确的是()A．电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为2mol·L－1B．忽略溶液体积变化，电解后所得溶液中c(H＋)＝2mol·L－1C．当n(e－)＝0.6mol时，V(H2)∶V(O2)＝3∶2D．向电解后的溶液中加入16gCuO，则溶液可恢复到电解前的浓度解析：B电解CuSO4溶液时，阳极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，若阴极上没有氢离子放电，则题图中气体体积与转移电子物质的量的关系曲线是直线，而题图中是折线，说明阴极上还发生反应：2H＋＋2e－=H2↑。A项，当转移0.4mol电子时，Cu2＋恰好完全反应，n(Cu2＋)＝eq\f(0.4mol,2)＝0.2mol，根据铜原子守恒得，c(CuSO4)＝c(Cu2＋)＝eq\f(0.2mol,0.2L)＝1mol·L－1，错误；B项，当转移0.4mol电子时，生成n(H2SO4)＝0.2mol，之后相当于电解水，因为忽略溶液体积变化，所以电解后所得溶液中c(H＋)＝eq\f(0.2mol×2,0.2L)＝2mol·L－1，正确；C项，当n(e－)＝0.6mol时，电解过程中发生的反应有：2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4、2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑，n(H2)＝0.1mol，n(O2)＝0.1mol＋0.05mol＝0.15mol，所以V(H2)∶V(O2)＝2∶3，错误；D项，因电解后从溶液中析出Cu、O2、H2，所以只加入16gCuO不能使溶液恢复到电解前的浓度，错误。二、选择题(每小题有一个或两个选项符合题意)8．深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根离子腐蚀，其电化学腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是()A．铁管道发生的是吸氧腐蚀B．输送暖气的管道也易发生此类腐蚀C．这种情况下，土壤的pH增大D．管道上刷富铜油漆可以加快管道的腐蚀解析：CD正极为还原反应，电极反应式为SOeq\o\al(2－,4)＋8e－＋5H2O=HS－＋9OH－，发生的不是吸氧腐蚀，A项错误，而C项正确；硫酸盐还原菌中的蛋白质在高温下易变性，失去催化作用，故输送暖气管道不易发生此类腐蚀，B项错误；刷富铜油漆则可形成Cu—Fe原电池，加速铁管道腐蚀，D项正确。9．硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－=B(OH)eq\o\al(－,4)，H3BO3可以通过电解的方法制备，其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是()A．当电路中通过1mole－时，可得到1molH3BO3B．将电源的正、负极反接，工作原理不变C．阴极室的电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋D．B(OH)eq\o\al(－,4)穿过阴膜进入产品室，Na＋穿过阳膜进入阴极室解析：AD阳极发生失去电子的氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，电路中通过1mole－时有1molH＋生成，根据反应B(OH)eq\o\al(－,4)＋H＋=H2O＋H3BO3知，生成1molH3BO3需要1molH＋，所以电路中通过1mole－时，可得到1molH3BO3，A正确；如果将电源的正、负极反接，工作原理发生变化，B错误；电解时阴极发生得到电子的还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，C错误；阳极反应式为2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，阴极反应式为4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－，阳极室中的H＋穿过阳膜进入产品室，B(OH)eq\o\al(－,4)穿过阴膜进入产品室，发生反应：B(OH)eq\o\al(－,4)＋H＋=H2O＋H3BO3，Na＋穿过阳膜进入阴极室，D正确。10．(2021·新高考8省联考，江苏卷)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(－,3)－8e－=CH4＋8COeq\o\al(2－,3)＋2H2OC．电解过程中化学能转化为电能D．电解时Na2SO4溶液浓度保持不变解析：A由a极生成O2可以判断出a极为阳极，b为阴极，阳离子向阴极流动。则H＋由a极区向b极区迁移，故A正确；电极b上发生还原反应，电极反应式为CO2＋8HCOeq\o\al(－,3)＋8e－=CH4＋8COeq\o\al(2－,3)＋2H2O，故B错误；电解过程中是电能转化为化学能，故C错误；电解时OH－比SOeq\o\al(2－,4)更容易失去电子，所以电解Na2SO4溶液的实质是电解水，溶液中的水发生消耗，所以Na2SO4溶液的浓度是增大的，故D错误。11．(2021·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电极的电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－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(1)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：D浓差电池放电时，两个电极区的浓度差会逐渐减小，当两个电极区硫酸铜溶液的浓度完全相等时，放电停止。电池放电过程中，Cu(1)电极上发生使Cu2＋浓度降低的还原反应，作正极，Cu(2)电极上发生使Cu2＋浓度升高的氧化反应，作负极；在右侧的电解池中，a为电解池的阴极，H2O中的H＋得电子发生还原反应生成H2，b为电解池的阳极，H2O中的OH－失去电子发生氧化反应生成O2。根据上述分析可知，a电极的电极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，A选项正确；电解过程中，硫酸钠的浓度减小，Na＋通过阳离子交换膜c进入阴极区，SOeq\o\al(2－,4)通过阴离子交换膜d进入阳极区，B选项正确；电池放电过程中，Cu(1)电极上的电极反应为Cu2＋＋2e－=Cu，C选项正确；电池从开始工作到停止放电，正极区硫酸铜溶液的浓度由2.5mol·L－1降低到1.5mol·L－1，负极区硫酸铜溶液同时由0.5mol·L－1上升到1.5mol·L－1，正极反应可还原Cu2＋的物质的量为2L×(2.5－1.5)mol·L－1＝2mol，电路中转移4mol电子，则电解池的阴极生成4molOH－，即阴极区可得4mol氢氧化钠，其质量为160g，D选项错误。三、非选择题12．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。图3①E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，即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“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，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↑13．(1)采用石墨电极电解Na2CrO4溶液制备Na2Cr2O7，其原理如图1所示。①写出电极b的电极反应式及阳极区的转化反应：___________、____________。②测定阳极液中Na元素和Cr元素的含量，若Na元素与Cr元素的物质的量的比值为n，则此时Na2CrO4的转化率为________。(2)以碳酸钙的分解产物CO2为原料，利用电解法可制取乙烯，其装置如图2所示。a为电源的__