2023届新高考化学选考一轮总复习训练-第21讲　电解池　金属的腐蚀与防护.docx

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1、第21讲电解池金属的腐蚀与防护课时训练选题表知识点题号电解原理4,6电解原理的应用3,5,7,9,10,11金属的腐蚀与防护1,8综合2,121.下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(C)A.图1中,铁钉易被腐蚀B.图2中,滴加少量K3Fe(CN)6溶液,没有蓝色沉淀出现C.图3中,燃气灶的中心部位容易生锈,主要是由于高温下铁发生化学腐蚀D.图4中,用牺牲镁的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,镁相当于原电池的正极解析:A项,图1中,铁钉处于干燥环境中,不易被腐蚀;B项,负极反应为Fe-2e-Fe2+,Fe2+与K3Fe(CN)6反应生成蓝色沉淀;D项为牺牲阳极法,镁相当于原电池的负极。2.下列说法不正

2、确的是(B)A.若两电极直接相连,溶液a是食盐水,则发生吸氧腐蚀B.若两电极直接相连,溶液a是氢氧化钠溶液,则负极反应式为Fe-2e-Fe2+C.若铁接电源负极,石墨接电源正极,溶液a是食盐水(足量),则单位时间内两电极上产生气体的量相同D.若铁接电源正极,石墨接电源负极,溶液a是氯化铜溶液,则铁极溶解解析:A项,若两电极直接连接,溶液a是食盐水,则发生吸氧腐蚀,酸性环境下才发生析氢腐蚀,正确;B项,若两电极直接连接,溶液a是氢氧化钠溶液,为原电池,负极发生失电子的氧化反应,则负极反应式为Fe-2e-+2OH-Fe(OH)2,错误;C项,若铁接电源负极,石墨接电源正极,溶液a是食盐水(足量),

3、左侧石墨电极是阳极,该极上的电极反应为2Cl-2e-Cl2,右侧铁电极为阴极,该极上的电极反应为2H2O+2e-H2+2OH-,两极上产生气体的量相同,正确;D项,若铁接电源正极,为电解池的阳极,铁极溶解,正确。3.医用口罩的外层喷有丙烯的聚合物聚丙烯。某科研机构在酸性条件下,用石墨棒作电极,将CO2转化为丙烯(CH2CHCH3),原理如图所示。下列有关叙述错误的是(D)A.a为电源负极B.左池的电极反应式为3CO2+18e-+18H+CH2CHCH3+6H2OC.H+从右侧通过质子交换膜进入左侧D.若制取过程中转移3 mol电子,则产生11.2 L丙烯解析:由碳元素化合价的变化可知,a电极为

4、电源的负极,二氧化碳在阴极上得到电子发生还原反应生成丙烯,电极反应式为3CO2+18e-+18H+CH2CHCH3+6H2O,b电极为电源的正极,水在阳极上失去电子发生氧化反应生成氧气,电极反应式为2H2O-4e-O2+4H+。A.由分析可知,a为电源负极,正确;B.分析可知,左池的电极反应式为3CO2+18e-+18H+CH2CHCH3+6H2O,正确;C.阳离子向阴极移动,则H+从右侧通过质子交换膜进入左侧,正确;D.没有指明条件为标准状况,无法计算丙烯的体积,错误。4.500 mL KCl和Cu(NO3)2的混合溶液中c(Cu2+)=0.2 molL-1,用石墨作电极电解此溶液,通电一段

5、时间后,两电极均收集到5.6 L(标准状况)气体,假设电解后溶液的体积仍为500 mL,下列说法正确的是(D)A.原混合溶液中c(Cl-)=0.3 molL-1B.上述电解过程中共转移0.5 mol电子C.电解得到的无色气体与有色气体的体积比为37D.电解后溶液中c(OH-)=0.2 molL-1解析:电解KCl和Cu(NO3)2的混合溶液,溶液中存在Cu2+、H+、OH-、Cl-、K+、NO3-;根据离子的还原性顺序可知,阳极氯离子先放电,氢氧根离子后放电,电极反应式为2Cl-2e-Cl2、4OH-4e-O2+2H2O;阴极铜离子先放电,氢离子后放电,电极反应式为Cu2+2e-Cu、2H+2

6、e-H2;两电极均收集到5.6 L(标准状况)气体,气体的物质的量为0.25 mol;混合溶液中c(Cu2+)=0.2 molL-1,n(Cu2+)=0.1 mol,转移电子0.2 mol;n(H2)=0.25 mol,转移电子为0.5 mol,所以阴极共转移0.7 mol电子,阳极也转移0.7 mol电子;设生成氯气为x mol,氧气为y mol,则x+y=0.25,2x+4y=0.7,解得x=0.15,y=0.1。A项,结合以上分析可知,n(Cl-)=2n(Cl2)=0.3 mol,原混合溶液中c(Cl-)=0.6 molL-1,错误;B项,结合以上分析可知,电解过程中共转移0.7 mol

7、电子,错误;C项,电解得到的无色气体为氢气和氧气,共(0.25+0.1) mol=0.35 mol,有色气体为氯气,为0.15 mol,相同条件下,气体的体积之比等于物质的量之比,所以无色气体与有色气体的体积比为73,错误;D项,结合以上分析可知,电解过程中消耗氢离子0.5 mol,消耗氢氧根离子0.4 mol,剩余氢氧根离子0.1 mol,假设电解后溶液的体积仍为500 mL,电解后溶液中c(OH-)=0.2 molL-1,正确。5.电化学原理在化学工业中有广泛的应用。根据如下工作原理图,下列说法正确的是(C)A.电极Y为正极,电极反应式:O2+4e-+4H+2H2OB.若W为饱和食盐水(滴

8、有几滴酚酞溶液),则工作一段时间后a电极附近溶液变红C.若a为粗铜(含Zn、Ag等杂质),W为CuSO4溶液,工作一段时间后c(Cu2+)减小D.若a为银棒,b为铜棒,W为AgNO3溶液,工作一段时间后发现铜棒增重2.16 g,则X电极消耗氢气0.224 L解析:由题图可知,A装置为碱性氢氧燃料电池,X电极为负极,电极反应式为H2+2OH-2e-2H2O,Y电极为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,总反应为2H2+O22H2O;B装置为电解池,a为阳极,b为阴极。由分析可知,电极Y为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,A错误;若W为饱和食盐水,a为阳极,b为阴极,阴

9、极上氢离子得电子,工作一段时间后b电极附近溶液变红,B错误;a为阳极,若a为粗铜(含Zn、Ag等杂质),则a极为Zn和Cu失电子变为Zn2+和Cu2+,b为阴极,Cu2+得电子变为Cu,根据得失电子守恒可知,a极补充的Cu2+小于b极消耗的Cu2+,即工作一段时间后,溶液中Cu2+浓度会减小,C正确;没有指明条件为标准状况,无法计算X电极消耗氢气的体积,D错误。6.工业上,在强碱性条件下用电解法除去废水中的CN-,装置如图所示。依次发生的反应有CN-2e-+2OH-CNO-+H2O2Cl-2e-Cl23Cl2+2CNO-+8OH-N2+6Cl-+2CO32-+4H2O下列说法正确的是(C)A.

10、铁电极上发生的反应为Fe-2e-Fe2+B.a极是电源负极C.除去1 mol CN-,外电路至少需转移5 mol电子D.铁电极区域溶液的pH逐渐减小解析:铁电极是阴极,发生的是还原反应,电极反应为2H2O+2e-H2+2OH-,故直流电源a极为正极,b极为负极,A、B错误;根据3Cl2+2CNO-+8OH-N2+6Cl-+2CO32-+4H2O、2Cl-2e-Cl2得,除去1 mol CNO-,消耗1.5 mol氯气,转移3 mol电子,根据CN-2e-+2OH-CNO-+H2O得,除去1 mol CN-,转移2 mol电子,所以外电路至少需转移3 mol+2 mol=5 mol电子,C正确;

11、根据以上分析可知,铁电极区剩余大量的OH-,故铁电极附近溶液的pH逐渐增大,D错误。7.(2021宁波九校联考)用惰性电极电解法制备硼酸H3BO3或B(OH)3的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法不正确的是(D)A.阴极与阳极产生的气体体积比为21B.膜A为阳膜,膜B为阴膜C.产品室中发生的反应是B(OH)4-+H+B(OH)3+H2OD.每增加1 mol H3BO3产品,NaOH溶液增重21 g解析:由题图可知,b极为阳极,电解时阳极上水失电子生成O2和H+,a极为阴极,电解时阴极上水得电子生成H2和OH-,原料室中的Na+通过阳膜A进入a极室,溶液中c

12、(NaOH)增大,原料室中的B(OH)4-通过阴膜B进入产品室,b极室中氢离子通入阳膜A进入产品室,B(OH)4-、H+发生反应生成H3BO3;a、b电极反应式分别为2H2O+2e-H2+2OH-、2H2O-4e-O2+4H+。A.由上述分析可知,阴、阳极转移电子数相同时,阴极与阳极产生的气体体积比为21,正确;B.由上述分析可知,膜A为阳膜,膜B为阴膜,正确;C.产品室中B(OH)4-、H+发生反应生成H3BO3,离子方程式为B(OH)4-+H+B(OH)3+H2O,正确;D.每增加1 mol H3BO3产品,则有1 mol Na+移向NaOH溶液,同时有0.5 mol H2生成,因此NaO

13、H溶液质量增加1 mol23 g/mol-0.5 mol2 g/mol=22 g,错误。8.为了减少钢管因锈蚀造成的损失,某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法中错误的是(C)A.在潮湿的酸性土壤中,钢管主要发生析氢腐蚀B.在潮湿的酸性土壤中,电子由金属棒M通过导线流向钢管C.在潮湿的酸性土壤中,H+向金属棒M移动,抑制H+与铁的反应D.金属棒M与钢管用导线连接后可使钢管表面的腐蚀电流接近于零解析:在潮湿的酸性土壤中,钢管主要发生析氢腐蚀,A项正确;在潮湿的酸性土壤中,金属棒M作负极,可以保护钢管不被腐蚀,电子由负极金属棒M通过导线流向正极钢管,B项正确;在潮湿的酸性土壤中,

14、H+向正极钢管移动,H+在正极得电子产生氢气,C项错误;金属棒M与钢管用导线连接后保护埋在酸性土壤中的钢管,可使钢管表面的腐蚀电流接近于零,D项正确。9.(2021杭州五校联考)科研人员设计一种电化学反应器,以H2SO4溶液为电解质溶液,电催化膜和不锈钢为电极材料。这种电催化膜反应器可用于正丙醇合成丙酸,装置示意图如图。以下叙述正确的是(B)A.电催化膜作阴极B.使用H2SO4溶液是为了在电解开始时增强溶液导电性C.正丙醇转化为丙酸的电极反应式为CH3CH2CH2OH+4OH-4e-CH3CH2COOH+3H2OD.反应器工作时料槽中正丙醇分子向不锈钢电极移动解析:A.电催化膜反应器可用于正丙

15、醇合成丙酸,正丙醇合成丙酸属于氧化反应,则电催化膜作阳极,不锈钢作阴极,错误;B.H2SO4是强电解质,故使用H2SO4溶液是为了在电解开始时增强溶液导电性,正确;C.正丙醇失电子转化为丙酸,溶液为酸性环境,则电极反应式为CH3CH2CH2OH+H2O-4e-CH3CH2COOH+4H+,错误;D.电催化膜作阳极,正丙醇在阳极失电子转化为丙酸,则反应器工作时料槽中正丙醇分子向电催化膜电极移动,错误。10.二氧化氯(ClO2,黄绿色、易溶于水的气体)是一种安全稳定、高效、低毒的消毒剂。工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法制备ClO2的原理如图所示。下列说法正确的是(C)A.a极与电源的负极连

16、接,在b极区流出的Y溶液是浓盐酸B.当有0.3 mol阴离子通过阴离子交换膜时,二氧化氯发生器中产生1.12 L NH3C.电解池a极上发生的电极反应为NH4+-6e-+3Cl-NCl3+4H+D.二氧化氯发生器内,发生的氧化还原反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为61解析:A项,在b极区有H+得到电子生成H2,电极反应式为2H+2e-H2,在b极区流出的Y溶液是稀盐酸,则b极为电解池的阴极,b极与电源的负极相连接,a极与电源的正极相连接,错误;B项,没有指明条件为标准状况,不能准确计算产生NH3的体积,错误;C项,a极为电解池的阳极,NH4+在阳极上失去电子生成NCl3,电极反应式为NH4

17、+-6e-+3Cl-NCl3+4H+,正确;D项,在二氧化氯发生器内,发生反应3H2O+NCl3+6NaClO26ClO2+NH3+3NaCl+3NaOH,其中NCl3为氧化剂,NaClO2为还原剂,氧化剂与还原剂的物质的量之比为16,错误。11.某研究机构使用LiSO2Cl2电池电解制备Ni(H2PO2)2,其工作原理如图所示。已知电池反应为2Li+SO2Cl22LiCl+SO2。下列说法不正确的是(D)A.该制备过程还能得到副产物浓NaOH溶液B.e接口连接h,f接口连接gC.膜a、c是阳离子交换膜,膜b是阴离子交换膜D.Li电极的电极反应式为Li-e-Li+,LiAlCl4介质也可用Li

18、Cl水溶液替代解析:根据电池反应2Li+SO2Cl22LiCl+SO2可知,放电时Li元素化合价由0价变为+1价,失去电子,所以Li电极是负极,反应式为2Li-2e-2Li+,则碳棒是正极,正极是SO2Cl2中+6价的硫得电子,发生还原反应,电极反应式为SO2Cl2+2e-2Cl-+SO2,电解池中,Ni电极失去电子生成Ni2+,通过膜a进入产品室室,所以镍电极为阳极,与原电池的正极碳棒相接,H2PO2-由原料室室通过膜b进入产品室室,与Ni2+反应生成Ni(H2PO2)2,不锈钢电极为阴极,与原电池的Li电极相接,H2O发生得电子的还原反应,电极反应式为2H2O+2e-H2+2OH-,Na+

19、通过膜c进入室,形成闭合回路,所以膜a、c是阳离子交换膜,膜b是阴离子交换膜。A.根据上述分析,室中NaOH溶液浓度增大,所以该制备过程还能得到副产物浓NaOH溶液,正确;B.原电池中Li电极为负极,C电极为正极,电解池中,镍电极为阳极,不锈钢电极为阴极,与原电池的负极Li电极相接,正确;C.由分析可知,膜a、c都是阳离子交换膜,膜b是阴离子交换膜,正确;D.Li电极的电极反应式为Li-e-Li+,Li可以与水反应,则LiAlCl4介质不能用LiCl水溶液替代,错误。12.(1)己二腈NC(CH2)4CN是一种重要的化工原料,是制造尼龙的中间体。工业上通过电解丙烯腈(CH2CHCN)制己二腈,

20、H3PO4K3PO4溶液等作为电解质溶液,控制pH在8.59.0范围内。写出该电解的总化学方程式:。(2)(2021嘉兴二模节选)CO2、CO的捕集、利用与封存是我国能源研究领域的一个重要战略方向。电解CO2制HCOOH的原理如图所示。写出在Sn片上发生的电极反应式: 。(3)雾霾中含有大量的污染物NO、CO,其中NO可通过“化学电解”法进行处理。铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种,常见有+3、+4两种价态。将NO通过含Ce4+的溶液吸收,生成NO2-、NO3-(两者物质的量之比为11),再采用电解法将上述吸收液中的NO2-转化为无毒物质,同时再生Ce4+,其原理如图所示。写出含Ce

21、4+的溶液吸收NO的离子方程式: ;写出阴极的电极反应式: 。(4)电渗析法处理厨房垃圾发酵液,同时得到乳酸的原理如图所示(图中“HA”表示乳酸分子,A-表示乳酸根离子)。阳极的电极反应式为 ;电解过程中,采取一定的措施可控制阳极室的pH约为68,此时进入浓缩室的OH-可忽略不计。400 mL 10 gL-1 乳酸溶液通电一段时间后,质量浓度上升为145 gL-1(溶液体积变化忽略不计),则阴极上产生的H2在标准状况下的体积约为L(乳酸的摩尔质量为90 gmol-1)。解析:(1)电解时,阳极是氢氧根离子放电产生氧气,阴极是丙烯腈得到电子,则电解的总化学方程式为4CH2CHCN+2H2OO2+

22、2NC(CH2)4CN。(2)电解CO2制HCOOH,根据图示,Sn片上CO2得电子生成HCOOH和碳酸氢根离子,电极反应式为2CO2+H2O+2e-HCOO-+HCO3-。(3)将NO通过含Ce4+的溶液吸收,生成NO2-、NO3-(两者物质的量之比为11),反应的离子方程式为4Ce4+2NO+3H2O4Ce3+NO2-+NO3-+6H+。采用电解法将上述吸收液中的NO2-转化为无毒物质,阴极上NO2-得到电子生成氮气,电极反应式为2NO2-+8H+6e-N2+4H2O。(4)阳极的电极反应式为2H2O-4e-O2+4H+。反应生成的n(HA)=145 gL-1-10 gL-190 gmol-10.4 L=0.6 mol,阴极反应为2H+2e-H2,故n(H2)=0.3 mol,阴极上产生的H2在标准状况下的体积约为6.72 L。答案:(1)4CH2CHCN+2H2OO2+2NC(CH2)4CN(2)2CO2+H2O+2e-HCOO-+HCO3-(3)4Ce4+2NO+3H2O4Ce3+NO2-+NO3-+6H+2NO2-+8H+6e-N2+4H2O(4)2H2O-4e-O2+4H+6.72