2021版高考化学一轮复习课时分层提升练二十电解池金属的电化学腐蚀与防护含解析新人教版

-1-电解池金属的电化学腐蚀与防护一、选择题1.在电解水制取H2和O2时,为了增强导电性,常常要加入一些电解质,最好选用()A.NaClB.HClC.CuSO4D.Na2SO4【解析】选D。加入NaCl和HCl时,阳极氯离子放电生成氯气,A、B错误;加入CuSO4时,阴极铜离子放电生成Cu,C错误。2.用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液,若保持温度不变,则一段时间后()A.溶液的pH变大B.c(Na+)与c(C)的比值变大C.溶液浓度变大,有晶体析出D.溶液浓度不变,有晶体析出【解析】选D。盛有饱和碳酸钠溶液的烧杯中插入惰性电极,保持温度不变,通电时氢离子放电生成氢气,氢氧根离子放电生成氧气,即电解水,因温度不变,溶剂减少后还是饱和溶液,则浓度不变,pH不变,故A错误;因温度不变,溶剂减少后还是饱和溶液,则Na+和C的浓度不变,故B错误;因温度不变,溶剂减少后还是饱和溶液,则溶液浓度不变,故C错误;原溶液为饱和溶液,温度不变,溶剂减少时有晶体析出,溶液仍为饱和溶液,浓度不变,故D正确;选D。3.下列关于电化学的说法不正确的是()A.两个隔离的不同半电池通过盐桥连接可以组成原电池B.电解精炼铜时,阳极泥中含有Zn、Fe、Ag、Au等金属C.在铁上镀银,用银作阳极D.牺牲阳极的阴极保护法利用的是原电池原理【解析】选B。A.两个隔离的不同半电池可以通过盐桥连接组成原电池,KCl盐桥中K+朝正极定向迁移,氯离子朝负极定向迁移,故A正确;B.Zn、Fe属于活泼金属,电解精炼铜时,阳极泥中不含有Zn、Fe,故B错误;C.电镀装置中,镀件是阴极,镀层金属是阳极,在铁上电镀银,用银作阳极,故C正确;D.原电池的正极及电解池的阴极中的金属被保护,所以利用电化学原理保护金-2-属主要有两种方法,分别是牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法,其中,牺牲阳极的阴极保护法利用的是原电池原理,故D正确。4.下列关于电化学知识的说法正确的是()A.电解饱和食盐水在阳极得到氯气,阴极得到金属钠B.电解精炼铜时,阳极质量的减少不一定等于阴极质量的增加C.电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液,在阴极上依次析出Al、Fe、CuD.电解CuSO4溶液一段时间后(Cu2+未反应完),加入适量Cu(OH)2可以使溶液恢复至原状态【解析】选B。A.电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl+2H2O+Cl2↑,错误;B.阳极除铜放电外,比铜活泼的金属如Zn、Fe也放电,但阴极上只有Cu2+放电,正确;C.根据金属活动性顺序可知,阴极上离子的放电顺序是Fe3+Cu2+H+Fe2+Al3+,Fe2+和Al3+不放电,Fe3+得电子生成Fe2+,不会析出铁和铝,在阴极上依次生成的是铜、亚铁离子、氢气,错误;D.电解CuSO4溶液,阴极析出Cu,阳极生成氧气,应加入CuO。5.关于下列装置的说法正确的是()A.装置①中盐桥内的K+移向CuSO4溶液B.装置①将电能转变为化学能C.若装置②用于铁棒镀铜,则N极为铁棒D.若装置②用于电解精炼铜,溶液中的Cu2+浓度保持不变【解析】选A。Zn比铜活泼为负极,Cu为正极,K+移向CuSO4溶液,故A正确;原电池是将化学能转化为电能,故B错误;若装置②用于铁棒镀铜,则N极为铜棒,故C错误;电解精炼铜时溶液中的Cu2+浓度减小,故D错误;故选A。6.城市地下潮湿的土壤中常埋有纵横交错的管道和输电线路,当有电流泄漏并与金属管道形成回路时,就会引起金属管道的腐蚀。原理如图所示,但若电压等条件适宜,钢铁管道也可能减缓腐蚀,此现象被称为“阳极保护”。下列有关说法不正确的是()-3-A.该装置能够将电能转化为化学能B.管道右端腐蚀比左端快,右端电极反应式为Fe-2e-Fe2+C.如果没有外加电源,潮湿的土壤中的钢铁管道比较容易发生吸氧腐蚀D.钢铁“阳极保护”的实质是在阳极金属表面形成一层耐腐蚀的钝化膜【解析】选B。A项,该装置相当于电解池,能将电能转化为化学能,正确;B项,左端是阳极,腐蚀得更快,错误;C项,如果没有外加电源,潮湿的土壤(接近中性)中的钢铁管道发生原电池反应,所以发生的是吸氧腐蚀,正确;D项,根据题意,此种腐蚀较慢,所以“阳极保护”实际上是在金属表面形成了一层致密的保护膜,正确。7.(2019·海口模拟)将反应Cu(s)+2Ag+(aq)Cu2+(aq)+2Ag(s)设计成如图所示的原电池,下列叙述正确的是()A.KNO3盐桥中的K+移向Cu(NO3)2溶液B.该原电池可使用KCl盐桥C.工作一段时间后,Cu(NO3)2溶液中c(Cu2+)增大D.取出盐桥后,电流计的指针依然发生偏转【解析】选C。由Cu(s)+2Ag+(aq)Cu2+(aq)+2Ag(s)可知,反应中Ag+被还原,应为正极反应,银作正极,Cu被氧化,应为原电池负极反应,铜作负极,在外电路中,电子从负极经导线流向正极,在内电路中,阳离子移向正极,阴离子移向负极,铜为负极,银为正极,阳离子移向正极,所以K+移向AgNO3溶液,故A错误;若使用KCl盐桥,会与AgNO3发生反应:Ag++Cl-AgCl↓,堵塞盐桥,故B错误;负极铜放电生成铜离子到溶液中,所以Cu(NO3)2溶液中c(Cu2+)增大,故C正确;取出盐桥后,不能构成闭合回路,不是原电池,所以指针不发生偏转,故D错误。8.某同学设计如下图所示装置,探究氯碱工业原理,下列说法正确的是()-4-A.石墨电极与直流电源负极相连B.用湿润KI淀粉试纸在铜电极附近检验气体,试纸变蓝色C.氢氧化钠在石墨电极附近产生,Na+向石墨电极迁移D.铜电极的反应式为:2H++2e-H2↑【解析】选D。若该装置是探究氯碱工业原理,则Cu电极应该与电源的负极连接,石墨电极与直流电源正极相连,故A错误;Cu电极为阴极,在阴极发生反应:2H++2e-H2↑;在阳极C电极上发生反应:2Cl--2e-Cl2↑。所以用湿润KI淀粉试纸在碳电极附近检验气体,试纸变蓝色,故B错误;由于Cu电极为阴极,在阴极发生反应:2H++2e-H2↑,破坏了附近的水的电离平衡,最终在Cu电极附近产生氢氧化钠,Na+向铜电极迁移,故C错误;铜电极的反应式为:2H++2e-H2↑,故D正确。9.空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC),RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图,有关说法正确的是()A.转移0.1mol电子时,a电极产生标准状况下O21.12LB.c电极上进行还原反应,B池中的H+可以通过隔膜进入A池C.b电极上发生的电极反应是2H2O+2e-H2↑+2OH-D.d电极上发生的电极反应是O2+4H++4e-2H2O【解析】选B。依据图示知左边装置是电解池,右边装置是原电池,ab电极是电解池的电极,由电源判断a为阴极,产生的气体是氢气;b为阳极,产生的气体是氧气;cd电极是原电池的正负极,c是正极,d是负极;电解池中的电极反应为b电极为阳极失电子发生氧化反应:4OH--4e-2H2O+O2↑;a电极为阴极得到电子发生还原反应:4H++4e-2H2↑;原电池中是-5-酸性溶液,电极反应为d为负极失电子发生氧化反应:2H2-4e-4H+;c电极为正极得到电子发生还原反应:O2+4H++4e-2H2O;A.a电极为原电池正极,电极反应为4H++4e-2H2↑,生成氢气,故A错误;B.c电极为正极得到电子发生还原反应,原电池中阳离子向正极移动,故B正确;C.b电极为阳极失电子发生氧化反应:4OH--4e-2H2O+O2↑,故C错误;D.d为负极失电子发生氧化反应:2H2-4e-4H+,故D错误。10.(2019·孝感模拟)工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是()已知:①Ni2+在弱酸性溶液中发生水解②氧化性:Ni2+(高浓度)H+Ni2+(低浓度)A.碳棒上发生的电极反应:4OH--4e-O2↑+2H2OB.电解过程中,B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小C.为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水pHD.若将图中阳离子膜去掉,将A、B两室合并,则电解反应总方程式发生改变【解析】选B。电极反应式为阳极:4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极:Ni2++2e-Ni,2H++2e-H2↑A项正确;B.由于C室中Ni2+、H+不断减少,Cl-通过阴离子膜从C室移向B室,A室中OH-不断减少,Na+通过阳离子膜从A室移向B室,所以B室中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大,错误;C.由于H+的氧化性大于Ni2+(低浓度)的氧化性,所以为了提高Ni的产率,电解过程需要控制废水的pH,正确;D.若去掉阳离子膜,在阳极Cl-首先放电生成Cl2,反应总方程式发生改变,D项正确。11.利用如图装置,可完成很多电化学实验。下列有关叙述正确的是()-6-A.若X为锌棒,开关K置于A处,可减缓铁的腐蚀,这种方法称为牺牲阴极的阳极保护法B.若X为铜棒,开关K置于A处,装置中发生的总反应为2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑C.若X为碳棒,开关K置于B处,在铁棒附近滴入硫氰化钾溶液可看到溶液变红色D.若X为碳棒,开关K置于B处,向食盐水中滴入酚酞溶液可看到碳棒附近先变红【解析】选D。若X为锌棒,开关K置于A处,则构成电解池,铁作阴极,可减缓铁的腐蚀,这种方法称为外加电流的阴极保护法,A项不正确;若X为铜棒,开关K置于A处,则构成电解池,铜作阳极,失去电子,发生反应:Cu-2e-Cu2+,B项不正确;若X为碳棒,开关K置于B处,则构成原电池,铁作负极,失去电子生成亚铁离子,因此在铁棒附近滴入硫氰化钾溶液看不到溶液变红色,C项不正确;若X为碳棒,开关K置于B处,则构成原电池,铁作负极,碳棒作正极,正极反应为:2H2O+O2+4e-4OH-,因此向食盐水中滴入酚酞溶液可看到碳棒附近先变红,D项正确。二、非选择题12.(1)(2019·江苏高考)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如图。①写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应式:________________________。②电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因是__________。(2)(2019·北京高考)氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢,工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2,可交替得到H2和O2。-7-①制H2时,连接__________________________________。产生H2的电极反应式是__________________________________________。②改变开关连接方式,可得O2。③结合①和②中电极3的电极反应式,说明电极3的作用:__________________________________________________________。【解析】(1)①已知参加反应的微粒有CO2,生成的微粒有HCOO-,因此参加阴极反应的其他微粒中肯定含有H元素,所以阴极反应式为CO2+H2O+2e-HCOO-+OH-,而OH-可与溶液中的HC反应生成C,CO2+HC+2e-HCOO-+C,或CO2直接与水电离出的H+作用生成HCOO-,即阴极反应式为CO2+H++2e-HCOO-。②阳极的电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,生成的H+与HC反应而使HC的浓度降低,同时部分K+通过阳离子交换膜进入阴极区,因此电解一段时间后,KHCO3溶液浓度降低。(2)①电解时,阴极产生H2,即电极1产生H2,此时开关连接K1,阴极H2O得电子生成H2,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-。③连接K1时,电极3反应为Ni(OH)2-e-+OH-NiOOH+H2O;当连接K2制O2时,电极3反应为NiOOH+e-+H2ONi(OH)2+OH-。由以上电极反应可看出,不同的连接方式,可使电极3循环使用。答案:(1)