【名师一号】2021高考化学(苏教版)一轮复习课时训练：6-3电解原理及应用-金属的腐蚀与防护

第三单元电解原理及应用金属的腐蚀与防护(计时：45分钟满分：100分)一、选择题(本大题共10小题，每小题5分，共50分)1．(2022·南京二调)下列说法正确的是()A．氯碱工业中，烧碱在阳极区生成B．电解熔融氯化铝制取金属铝C．电镀时，用镀层金属作阳极D．将钢闸门与外电源正极相连，可防止其腐蚀解析A选项，阳极是氯离子放电，生成氯气，阴极是氢离子放电生成氢气，同时生成氢氧化钠，错误；B选项，金属铝的制取是电解熔融的氧化铝，错误；C选项，电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，正确；D选项，将钢闸门与外电源负极相连，是外接电源的阴极爱护法，错误。答案C2．(2022·唐山一模)下列叙述正确的是()A．铜、铁和FeCl3溶液形成的原电池，铜极放出氢气B．电解硫酸钠溶液就是电解水，电解后溶液pH上升C．铁锅生锈的正极反应为：O2＋2H2O＋4e－=4OH－D．工业上电解饱和食盐水的阳极反应为：2H＋＋2e－=H2↑解析A选项，铜极发生反应Fe3＋＋e－=Fe2＋，错误；B选项，电解硫酸钠溶液就是电解水，电解后溶液pH不变，错误；D选项，工业上电解饱和食盐水的阳极反应为：2Cl－－2e－=Cl2↑，错误。答案C3．(2022·潍坊模拟)如图所示，a、b是两根石墨棒。下列叙述正确的是()A．a是正极，发生还原反应B．b是阳极，发生氧化反应C．稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变D．往滤纸上滴加酚酞试液，a极四周颜色变红解析a是阳极，发生氧化反应；b是阴极，发生还原反应；在反应过程中，硫酸根离子没有参与反应，因此稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变；往滤纸上滴加酚酞试液，b极四周颜色变红。答案C4．(2022·宝鸡二检)按下左图装置试验，若下右图中x轴表示流入阴极的电子的物质的量，则y轴可表示的物理量为()①c(Ag＋)②c(NOeq\o\al(－,3))③a棒的质量④b棒的质量⑤溶液的pHA．①③ B．③④C．①②④ D．①②⑤解析从图中可以看出，随着流入阴极的电子的物质的量的增加，y轴表示的物理量不变，分析可知，在整个电解过程中，阳极发生反应：Ag－e－=Ag＋，阴极发生反应：Ag＋＋e－=Ag，故整个电解过程中c(Ag＋)、c(NOeq\o\al(－,3))、c(H＋)始终不变，而且a棒质量增大、b棒质量减小，故D项正确。答案D5．(2022·太原测评)结合下图推断，下列叙述正确的是()A．K与N连接时，X为硫酸，一段时间后溶液的pH增大B．K与N连接时，X为氯化钠，石墨电极反应：2H＋＋2e－=H2↑C．K与M连接时，X为硫酸，一段时间后溶液的pH增大D．K与M连接时，X为氯化钠，石墨电极反应为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑解析K与N连接时，为原电池，石墨电极为正极，铁电极为负极，若X为H2SO4，负极反应为：Fe－2e－=Fe2＋，正极反应为2H＋＋2e－=H2↑，一段时间后溶液pH增大，A选项正确；若X为NaCl，则负极反应为Fe－2e－=Fe2＋，正极反应为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，B选项错误；K与M相连时，为电解池，石墨电极为阳极，铁电极为阴极，若X为H2SO4，阳极反应为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，阴极反应为4H＋＋4e－=2H2↑，实质为电解水，一段时间后，溶液pH减小，C选项错误；若X为NaCl，阳极反应为：2Cl－－2e－=Cl2↑，阴极反应为2H＋＋2e－=H2↑，D选项错误。答案A6．(2022·湖南联考)关于如图所示各装置的叙述中，正确的是()A．装置①是原电池，总反应是Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋B．装置①中，铁作负极，负极反应式为Fe3＋＋e－=Fe2＋C．装置②通电一段时间后石墨Ⅱ电极四周溶液红褐色加深D．若用装置③精炼铜，则d极为粗铜，c极为纯铜，电解质溶液为CuSO4溶液解析Fe比Cu活泼，总反应为Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋，Fe电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，A、B项错误；Fe(OH)3胶体粒子带正电荷，在电场作用下向阴极移动，C正确；依据电流方向可知，a为直流电源的正极，电解精炼铜时，c极为粗铜，d极为纯铜，D项错误。答案C7．(2022·长沙模拟)如图所示，甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH=2K2CO3＋6H2O。下列说法正确的是()A．甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化为电能的装置B．甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH－6e－＋2H2O=COeq\o\al(2－,3)＋8H＋C．反应一段时间后，向乙池中加入肯定量Cu(OH)2固体，能使CuSO4溶液恢复到原浓度D．甲池中消耗280mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上产生1.45g固体解析A项，甲池为燃料电池，是化学能转化为电能的装置，乙池、丙池分别为电解硫酸铜溶液、氯化镁溶液的电解池，是电能转化为化学能的装置，A项错；B项，甲池中通入CH3OH的一极为负极，电解质为KOH溶液，正确的负极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O；C项，乙池的电解产物为Cu和O2，加入Cu(OH)2固体不能使CuSO4溶液恢复到原浓度；D项，丙池中电解氯化镁溶液生成氯气、氢气及Mg(OH)2沉淀，依据反应过程中电子得失守恒可得关系式：O2～2Mg(OH)2，因此甲池消耗280mLO2的同时，丙池理论上可产生0.025mol的Mg(OH)2，其质量为1.45g，D项正确。答案D8．(2022·合肥质检)图中X为电源，Y为浸透饱和硫酸钠溶液的滤纸，滤纸中心滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中心的紫红色斑向d端集中。下列推断正确的是()A．c电极的电极反应式为：2H＋＋2e－=H2↑B．Cu电极质量减小，Pt电极质量增大C．Z中溶液的pH先减小，后增大D．a为电源正极，b为电源负极解析依据Y中心的紫红色斑向d端集中，可知a为负极，b为正极，D选项错误；C为阴极，电极反应式为：2H＋＋2e－=H2↑，A选项正确；在Z装置中Cu为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，质量增大，Pt电极为阳极，电极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，质量不变，电解一段时间后，溶液的pH减小，不行能增大，故B、C项错误。答案A9．(2021·上海)糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是()A．脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保持期B．脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应为：Fe－3e－→Fe3＋C．脱氧过程中碳作原电池负极，电极反应为：2H2O＋O2＋4e－→4OH－D．含有1.12g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸取氧气336mL(标准状况)解析钢铁腐蚀中铁作负极、碳作正极，B、C项错误；n(Fe)＝0.02mol，负极电极反应式Fe－2e－=Fe2＋，生成Fe2＋与正极生成的OH－结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3，所以0.02molFe最终失去0.06mol电子，消耗n(O2)＝eq\f(0.06mol,4)＝0.015mol，D选项正确。答案D10．(2022·南昌一模)如图所示，用铁棒和石墨棒作电极电解1L1mol/L的食盐水，下列有关说法正确的是()A．电键K与N连接，铁棒被爱护而免受腐蚀B．电键K与N连接，正极反应式为4OH－－4e－=2H2O＋O2↑C．电键K与M连接，当两极共产生标准状况下气体33.6L时，理论上生成1molNaOHD．电键K与M连接，将石墨棒换成铜棒，就可实现在铁棒上镀铜解析电键K与N连接构成原电池，铁为负极，失电子，渐渐被腐蚀，正极为氧气得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，A项、B项错；电键K与M连接构成电解池，由于溶液中只有1molNaCl，所以电解开头阶段是电解NaCl溶液，NaCl耗尽后，电解的是水，因此阴极和阳极先分别生成氢气和氯气，后又分别生成氢气和氧气，分析得知溶液中的钠元素完全转化为NaOH，故生成的NaOH为1mol，C项正确；电键K与M连接，石墨棒改为铜棒时，阳极Cu失电子，变为Cu2＋，但Cu2＋与阴极生成的OH－结合生成Cu(OH)2沉淀，不能实现铁棒镀铜的目的，D项错。答案C二、非选择题(本大题共4小题，共50分)11．(12分)25℃时，用两个质量相同的铜棒作电极，电解500mL0.1mol·L－1H2SO4溶液，电解过程中，电解液的pH变化如表所示(假定溶液温度保持不变)。电解2h后，取出电极，对电极进行干燥，并称量，测得两电极的质量差为9.6g。已知，25℃时0.1mol·L－1CuSO时间/h0.511.52pH1.32.43.03.0(1)试验刚开头阶段电解池阴极所发生反应的电极反应式为___。(2)电解进行到1.5h后，电解质溶液的pH不再发生变化的缘由是__________________________________；用离子反应方程式表示0.1mol·L－1CuSO4溶液的pH为4.17的缘由：__________________。(3)电解进行的2h中，转移电子的总物质的量________0.15mol(填“<”、“＝”或“>”)。(4)欲使所得电解质溶液复原到500mL0.1mol·L－1H2SO4溶液，应对溶液进行怎样处理？______________________________________________________________________________________________。解析依据题意及表中数据可知，电解刚开头阶段，阳极反应式是Cu－2e－=Cu2＋，阴极反应式为2H＋＋2e－=H2↑；随着电解的连续，溶液中Cu2＋的浓度增大到肯定程度时，阳极反应不变，阴极反应则变成Cu2＋＋2e－=Cu；若电解过程中只有电镀铜的过程，阳极溶解的铜与阴极生成的铜质量相同，溶液的组成保持不变，则阳极铜削减eq\f(9.6g,2)＝4.8g，转移电子的物质的量为0.15mol，而实际上先有H2产生，后有电镀铜的过程，故实际转移电子的物质的量大于0.15mol；要使溶液复原，则需要通入H2S，发生反应H2S＋CuSO4=CuS↓＋H2SO4。原H2SO4溶液的浓度为0.1mol·L－1，电解2h后，溶液pH＝3.0，即c(H＋)＝0.001mol·L－1，此时溶液中c(Cu2＋)＝0.0995mol·L－1≈0.1mol·L－1，则需通入的n(H2S)＝n(Cu2＋)＝0.05mol。答案(1)2H＋＋2e－=H2↑(2)电解持续进行，H＋电解完后，电解过程发生转变，阳极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，电解质溶液的组成、浓度不再发生变化，溶液的pH也不再发生变化Cu2＋＋2H2OCu(OH)2＋2H＋(3)>(4)向溶液中通入约0.05molH2S12．(12分)(2022·山东潍坊一模)(1)为提高甲醇燃料的利用率，科学家创造了一种燃料电池，电池的一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了Y2O3的ZrO2晶体，在高温下它能传导O2－离子。电池工作时正极反应式为________________。若以该电池为电源，用石墨做电极电解100mL含有如下离子的溶液。离子Cu2＋H＋Cl－SOeq\o\al(2－,4)c/(mol·L－1)1441电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时(忽视溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)，阳极上收集到氧气的物质的量为________mol。(2)甲醇对水质会造成肯定的污染，有一种电化学法可消退这种污染，其原理是：通电后将Co2＋氧化成Co3＋，然后以Co3＋做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化。试验室用右图装置模拟上述过程：①写出阳极电极反应式________________；②除去甲醇的离子反应为；6Co3＋＋CH3OH＋H2O=CO2↑＋6Co2＋＋6H＋，该过程中被氧化的元素是________，当产生标准状况下2.24LCO2时，共转移电子________mol。解析(1)正极上氧气得电子生成氧离子，电极反应式为：O2＋4e－=2O2－；铜离子的物质的量＝0.1mol，氢离子的物质的量＝0.4mol，氯离子的物质的量＝0.4mol，硫酸根离子的物质的量＝0.1mol，要想使两极得到相同体积的气体，阳极上有氧气生成，设氧气的物质的量为x，电解时阴阳极上得失电子数相等，所以0.1mol×2＋(x＋0.2)mol×2＝4x＋0.4mol×1，x＝0.1。(2)①阳极上二价钴离子失电子生成三价钴离子，电极反应式为Co2＋－e－=Co3＋；②失电子的物质作还原剂，被氧化，所以被氧化的是C或碳；6Co3＋＋CH3OH＋H2O=CO2↑＋6Co2＋＋6H＋转移电子22.4L6mol2.24L0.6mol所以转移电子0.6mol。答案(1)O2＋4e－=2O2－0.1(2)①Co2＋－e－=Co3＋②C(或碳)0.613．(13分)(2022·荆州质检)如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：(1)甲烷燃料电池负极反应式是__________________。(2)石墨(C)极的电极反应式为__________________。(3)若在标准状况下，有2.24L氧气参与反应，则乙装置中铁极上生成的气体体积为________L；丙装置中阴极析出铜的质量为________g。(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的试验装置(如图所示)。若用于制漂白液，a为电池的________极，电解质溶液最好用________。若用于制Fe(OH)2，使用硫酸钠作电解质溶液，阳极选用_______作电极。解析(1)甲烷燃料电池负极上发生氧化反应，即甲烷在负极上被氧化。在KOH溶液中甲烷被氧化的产物为碳酸钾，负极反应式为CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O。(2)原电池的负极与电解池的阴极相接，铁极为阴极，则C极为阳极，在C极上发生氧化反应，电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑。(3)n(O2)＝eq\f(2.24L,22.4L·mol－1)＝0.1mol，甲池中正极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，由电子守恒知，经过甲、乙、丙装置的电子的总物质的量为0.4mol。乙池中的铁极与甲池的负极相连，铁极为阴极，发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，n(H2)＝eq\f(0.4mol,2)＝0.2mol，V(H2)＝0.2mol×22.4L·mol－1＝4.48L。丙池中精铜为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，n(Cu)＝eq\f(0.4mol,2)＝0.2mol，m(Cu)＝0.2mol×64g·mol－1＝12.8g。(4)漂白液的有效成分是次氯酸盐，制备原理是2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up15(通电))2OH－＋Cl2↑＋H2↑，Cl2＋2OH－=Cl－＋ClO－＋H2O，气体与液体反应，最好接受逆向接触，即气体在下端产生，碱溶液在上端生成，使其充分反应，所以该装置的下端为阳极，上端为阴极，阴极与电源负极相连，故a极为负极。生活中常见且廉价的氯化物是氯化钠，故电解质溶液最好用饱和氯化钠溶液。若制备氢氧化亚铁，用硫酸钠溶液作电解质溶液，选用铁作阳极。答案(1)CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O(2)2Cl－－2e－=Cl2↑(3)4.4812.8(4)负饱和氯化钠溶液或食盐水铁14．(13分)(2022·长春外国语学校月考)某课外活动小组设计了