（新課改省份專用）2020版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 跟蹤檢測（二十）電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)（含解析）.doc

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跟蹤檢測（二十） 電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù) 1．下列有關(guān)金屬腐蝕與防護(hù)的說法不正確的是(　　) A．鋼鐵在弱堿性條件下發(fā)生電化學(xué)腐蝕的正極反應(yīng)是O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．當(dāng)鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鍍層仍能對鐵制品起保護(hù)作用 C．在海輪外殼連接鋅塊保護(hù)外殼不受腐蝕是采用了犧牲陽極的陰極保護(hù)法 D．可將地下輸油鋼管與外加直流電源的負(fù)極相連以保護(hù)它不受腐蝕 解析：選B　弱堿性條件下，鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕，A正確；當(dāng)鍍層破損時，Sn、Fe可形成原電池，F(xiàn)e作負(fù)極，加快了Fe的腐蝕，B錯誤；Fe、Zn、海水形成原電池，Zn失去電子作負(fù)極，從而保護(hù)了Fe，C正確；采用外加電流的陰極保護(hù)法時，被保護(hù)金屬與直流電源的負(fù)極相連，D正確。 2．如圖兩套實驗裝置，都涉及金屬的腐蝕反應(yīng)，假設(shè)其中的金屬塊和金屬絲都是足量的。下列敘述正確的是(　　) A．裝置Ⅰ在反應(yīng)過程中只生成NO2氣體 B．裝置Ⅱ開始階段鐵絲只發(fā)生析氫腐蝕 C．裝置Ⅱ在反應(yīng)過程中能產(chǎn)生氫氣 D．裝置Ⅰ在反應(yīng)結(jié)束時溶液中的金屬陽離子只有Cu2＋ 解析：選C　裝置Ⅰ中，鐵被濃硝酸鈍化，銅與濃硝酸反應(yīng)，在這種條件下，銅作原電池的負(fù)極，鐵作正極，反應(yīng)生成紅棕色的NO2，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃硝酸變?yōu)橄∠跛?，隨后鐵作負(fù)極Cu作正極，稀硝酸發(fā)生還原反應(yīng)生成無色的NO，金屬過量，故反應(yīng)結(jié)束時溶液中既有Fe2＋又有Cu2＋，A、D錯誤；因為裝置Ⅱ中左邊充滿氧氣，一開始發(fā)生吸氧腐蝕，消耗氧氣導(dǎo)致左邊液面上升，鐵與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，發(fā)生析氫腐蝕，B錯誤，C正確。 3. (2019廣元診斷)鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是(　　) A．鋅電極上發(fā)生還原反應(yīng) B．電池工作一段時間后，甲池的c(SO)不變 C．電池工作一段時間后，乙池溶液的總質(zhì)量減少 D．陰、陽離子分別通過交換膜向負(fù)極和正極移動，保持溶液中電荷平衡 解析：選B　A項，由裝置圖可知該原電池反應(yīng)原理為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，故Zn電極為負(fù)極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，Cu電極為正極，得電子發(fā)生還原反應(yīng)，錯誤；B項，該裝置中為陽離子交換膜，只允許陽離子和水分子通過，故兩池中c(SO)不變，正確；C項，放電過程中溶液中Zn2＋由甲池通過陽離子交換膜進(jìn)入乙池，乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，故乙池中的Cu2＋逐漸由Zn2＋替代，摩爾質(zhì)量：M(Zn)>M(Cu)，故乙池溶液的總質(zhì)量增加，錯誤；D項，該裝置中為陽離子交換膜，只允許陽離子和水分子通過，放電過程中溶液中Zn2＋由甲池通過陽離子交換膜進(jìn)入乙池保持溶液中電荷平衡，陰離子并不通過交換膜，錯誤。 4．(2019安慶六校聯(lián)考)下列圖示中關(guān)于銅電極的連接錯誤的是(　　) 解析：選C　A項，鋅比銅活潑，鋅作負(fù)極，銅作正極，連接正確；B項，電解精煉銅，粗銅作陽極，純銅作陰極，連接正確；C項，電鍍時，鍍件作陰極，鍍層金屬作陽極，連接錯誤；D項，電解氯化銅溶液，銅作陰極，石墨作陽極，連接正確。 5．下列關(guān)于電化學(xué)知識的說法正確的是(　　) A．電解飽和食鹽水在陽極得到氯氣，陰極得到金屬鈉 B．電解精煉銅時，陽極質(zhì)量的減少不一定等于陰極質(zhì)量的增加 C．電解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液，在陰極上依次析出Al、Fe、Cu D．電解CuSO4溶液一段時間后(Cu2＋未反應(yīng)完)，加入適量Cu(OH)2可以使溶液恢復(fù)至原狀態(tài) 解析：選B　A項，電解飽和食鹽水在陽極Cl－失電子得到Cl2，陰極H＋得電子得到H2和NaOH，錯誤；B項，陽極除銅放電外，比銅活潑的金屬如Zn、Fe也放電，但陰極上只有Cu2＋放電，正確；C項，根據(jù)金屬活動性順序可知，陰極上離子的放電順序是Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Al3＋，F(xiàn)e2＋和Al3＋不放電，F(xiàn)e3＋得電子生成Fe2＋，不會析出Fe和Al，錯誤；D項，電解 CuSO4 溶液，陰極析出Cu，陽極生成O2，應(yīng)加入CuO。 6．下列有關(guān)電化學(xué)裝置的說法正確的是(　　) A．利用圖a裝置處理銀器表面的黑斑Ag2S，銀器表面發(fā)生的反應(yīng)為Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－ B．圖b電解一段時間，銅電極溶解，石墨電極上有亮紅色物質(zhì)析出 C．圖c中的X極若為負(fù)極，則該裝置可實現(xiàn)粗銅的精煉 D．圖d中若M是海水，該裝置是通過“犧牲陽極的陰極保護(hù)法”使鐵不被腐蝕 解析：選A　形成原電池反應(yīng)，Ag2S為正極被還原，正極反應(yīng)式為Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－，故A正確；銅為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，不能溶解，石墨電極上生成氧氣，故B錯誤；圖c中的X極若為負(fù)極，粗銅為陰極，而電解精煉銅時，粗銅作陽極，純銅作陰極，不能進(jìn)行粗銅的精煉，故C錯誤；該裝置有外接電源，屬于“有外加電源的陰極保護(hù)法”，故D錯誤。 7.(2019建鄴區(qū)模擬)H2S廢氣資源化利用途徑之一是回收能量并得到單質(zhì)硫。反應(yīng)原理為2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－632 kJmol－1。如圖為質(zhì)子膜H2S燃料電池的示意圖。下列說法正確的是(　　) A．電極a為電池的正極 B．電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．電路中每流過4 mol電子，電池內(nèi)部釋放632 kJ熱能 D．每17 g H2S參與反應(yīng)，有1 mol H＋經(jīng)質(zhì)子膜進(jìn)入正極區(qū) 解析：選D　由2H2S＋O2===S2＋2H2O得出負(fù)極H2S失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，則a為電池的負(fù)極，故A錯誤；正極O2得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故B錯誤；電路中每流過4 mol電子，則消耗1 mol氧氣，但該裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，所以電池內(nèi)部幾乎不放出熱能，故C錯誤；每17 g即＝0.5 molH2S 參與反應(yīng)，則消耗0.25 mol氧氣，則根據(jù)O2＋4H＋＋4e－===2H2O可知，有1 mol H＋經(jīng)質(zhì)子膜進(jìn)入正極區(qū)，故D正確。 8.按如圖所示裝置進(jìn)行下列不同的操作，其中不正確的是(　　) A．鐵腐蝕的速率由快到慢的順序：只閉合K3>只閉合K1>都斷開>只閉合K2 B．只閉合K3，正極的電極反應(yīng)式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ C．先只閉合K1，一段時間后，漏斗內(nèi)液面上升，然后只閉合K2，漏斗內(nèi)液面上升 D．只閉合K2，U形管左、右兩端液面均下降 解析：選A　金屬腐蝕速率：電解池的陽極>原電池的負(fù)極>化學(xué)腐蝕>原電池的正極>電解池的陰極，閉合K3，是原電池，鐵作負(fù)極；閉合K2，是電解池，鐵作陰極；閉合K1，鐵作陽極，因此腐蝕速率由快到慢的順序：只閉合K1>只閉合K3>都斷開>只閉合K2，故A錯誤；只閉合K3，構(gòu)成原電池，鐵棒發(fā)生吸氧腐蝕，正極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B正確；先只閉合K1，鐵作陽極，陽極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋，陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，U形管中氣體壓強(qiáng)增大，因此漏斗中液面上升；然后只閉合K2，鐵作陰極，陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，陽極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑，U形管中氣體壓強(qiáng)增大，漏斗中液面上升，故C正確；根據(jù)選項C的分析，只閉合K2，兩極均有氣體放出，氣體壓強(qiáng)增大，左、右兩端液面均下降，故D正確。 9．(2019合肥模擬)如圖所示，甲池的總反應(yīng)式為N2H4＋O2===N2＋2H2O。下列說法正確的是(　　) A．甲池中負(fù)極上的電極反應(yīng)式為N2H4－4e－===N2＋4H＋ B．乙池中石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．甲池溶液pH增大，乙池溶液pH減小 D．甲池中每消耗0.1 mol N2H4，乙池理論上最多產(chǎn)生 6.4 g 固體 解析：選B　由圖知甲池是燃料電池，乙池是電解池，甲池的電解質(zhì)溶液是KOH溶液，則負(fù)極不可能生成H＋，應(yīng)為N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，A錯誤；乙池的石墨電極是陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，B正確；甲池總反應(yīng)中生成了水，則KOH溶液濃度變小，pH減小，乙池生成Cu、O2、H2SO4，溶液pH減小，C錯誤；根據(jù)各個電極流過的電量相等知，N2H4～2Cu，甲池每消耗0.1 mol N2H4，乙池理論上會析出12.8 g銅，D錯誤。 10．如圖所示，某同學(xué)設(shè)計了一個燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理，其中乙裝置中X為陽離子交換膜。下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．反應(yīng)一段時間后，乙裝置中在鐵電極區(qū)生成氫氧化鈉 B．乙裝置中鐵電極為陰極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋ C．通入氧氣的一極為正極，發(fā)生的電極反應(yīng)為O2－4e－＋2H2O===4OH－ D．反應(yīng)一段時間后，丙裝置中硫酸銅溶液濃度保持不變 解析：選A　甲裝置為甲醚燃料電池，充入氧氣的一極發(fā)生還原反應(yīng)，為電極的正極，充入甲醚的一極為電極的負(fù)極；乙裝置為電解飽和氯化鈉溶液的裝置，根據(jù)串聯(lián)電池中電子的轉(zhuǎn)移，可知Fe電極為陰極，C極為陽極；丙裝置為電解精煉銅的裝置，精銅為陰極，粗銅為陽極。乙裝置中鐵電極發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑，根據(jù)電荷守恒知Na＋移向陰極，在鐵電極處生成氫氧化鈉，A正確，B錯誤；正極發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C錯誤；粗銅極除了銅發(fā)生氧化反應(yīng)外，活動性在銅前面的雜質(zhì)金屬也會反應(yīng)，但在精銅極，只有Cu2＋被還原，根據(jù)電荷守恒，硫酸銅溶液濃度減小，D錯誤。 11．四甲基氫氧化銨[(CH3)4NOH]常用作電子工業(yè)清洗劑，以四甲基氯化銨[(CH3)4NCl]為原料，采用電滲析法合成(CH3)4NOH，其工作原理如圖所示(a、b為石墨電極，c、d、e為離子交換膜)，下列說法不正確的是(　　) A．N為正極 B．標(biāo)準(zhǔn)狀況下制備0.75NA (CH3)4NOH，a、b兩極共產(chǎn)生16.8 L 氣體 C．c、e均為陽離子交換膜 D．b極電極反應(yīng)式：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 解析：選B　電解后左側(cè)(CH3)4NOH溶液由稀變濃，說明a極發(fā)生還原反應(yīng)，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，據(jù)此判斷a為陰極，b為陽極，所以N為正極，故A正確；b極為OH－放電生成O2：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，標(biāo)準(zhǔn)狀況下制備0.75NA(CH3)4NOH，需要陰極提供0.75 mol OH－，轉(zhuǎn)移電子0.75 mol，a、b兩極共產(chǎn)生＋mol22.4 Lmol－1＝12.6 L氣體，故B錯誤，D正確；(CH3)4NOH溶液由稀變濃，說明(CH3)4N＋穿過c膜，c膜是陽離子交換膜，NaCl溶液由稀變濃，說明Na＋穿過e膜，e膜是陽離子交換膜，故C正確。 12．如圖A為堿性硼化釩(VB2)—空氣電池示意圖，兩極用離子交換膜隔開，VB2放電時生成兩種氧化物。若用該電池為電源，用惰性電極電解硫酸銅溶液，實驗裝置如圖B所示。則下列說法錯誤的是(　　) A．堿性硼化釩(VB2)—空氣電池中使用陰離子交換膜 B．外電路中電子由VB2電極流向c電極 C．電解過程中，b電極表面產(chǎn)生的氣體可以收集后充入A池中的電極循環(huán)利用 D．VB2電極發(fā)生的電極反應(yīng)為2VB2－22e－＋11H2O===V2O5＋2B2O3＋22H＋ 解析：選D　硼化釩—空氣燃料電池中，VB2在負(fù)極失電子，氧氣在正極得電子，電池總反應(yīng)為4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5，VB2放電時生成兩種氧化物，氧化物會和酸反應(yīng)，所以電池中使用陰離子交換膜，故A正確；VB2極是負(fù)極，外電路中電子由VB2電極流向陰極c電極，故B正確；電解過程中，b電極是陽極，該電極表面產(chǎn)生的氣體是氧氣，可以收集后充入A池中的電極循環(huán)利用，故C正確；負(fù)極上是VB2失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，因在堿性環(huán)境中，VB2極發(fā)生的電極反應(yīng)為2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，故D錯誤。 13．Ⅰ.某實驗小組同學(xué)對電化學(xué)原理進(jìn)行了一系列探究活動。 (1)如圖1所示為某實驗小組設(shè)計的原電池裝置，反應(yīng)前電極質(zhì)量相等，一段時間后兩電極質(zhì)量相差12 g，導(dǎo)線中通過________mol電子。 (2)如圖1，其他條件不變，若將乙燒杯中的CuCl2溶液換為NH4Cl溶液，則石墨電極的電極反應(yīng)方程式為____________________________________。 (3)如圖2，其他條件不變，若將鹽橋換成彎銅導(dǎo)線與石墨相連成n形，乙裝置中與銅絲相連的石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)方程式為____________________________。 Ⅱ.氫能是發(fā)展中的新能源，它的利用包括氫的制備、儲存和應(yīng)用三個環(huán)節(jié)?；卮鹣铝袉栴}： (4)與汽油等燃料相比，氫氣作為燃料的兩個明顯的優(yōu)點(diǎn)是_______________________________________(寫兩點(diǎn))。 (5)化工生產(chǎn)的副產(chǎn)品也是氫氣的來源。電解法制取有廣泛用途的Na2FeO4，同時獲得氫氣?？偡磻?yīng)方程式為Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，工作原理如圖3所示。裝置通電后，鐵電極附近生成紫紅色的FeO，鎳電極有氣泡產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過高，鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知：Na2FeO4只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原。 ①電解一段時間后，c(OH－)降低的區(qū)域在__________(填“陰極室”或“陽極室”)。 ②電解過程中，須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出，其原因是_________________________________________________。 ③c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH)的變化如圖4所示，任選M、N兩點(diǎn)中的一點(diǎn)，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：__________________________________________________。 解析：(1)圖1為原電池反應(yīng)，F(xiàn)e為負(fù)極，發(fā)生反應(yīng)Fe－2e－===Fe2＋，石墨為正極，發(fā)生反應(yīng)Cu2＋＋2e－===Cu，總反應(yīng)式為Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。一段時間后，兩電極質(zhì)量相差12 g，則 Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu　 質(zhì)量差Δm　 　　　轉(zhuǎn)移電子 56 g 64 g (56＋64)g＝120 g 2 mol 12 g n 則n＝0.2 mol。(2)若將CuCl2溶液換為NH4Cl溶液，溶液呈酸性，NH在正極放電，電極反應(yīng)式為2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑。(3)若將鹽橋換成彎銅導(dǎo)線與石墨相連成n形，甲裝置發(fā)生鐵的吸氧腐蝕，鐵為負(fù)極，銅為正極，則乙裝置石墨為陽極，石墨(Ⅰ)為陰極，乙為電解池裝置，陽極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑。(5)①根據(jù)題意鎳電極有氣泡產(chǎn)生是H＋放電生成氫氣，鐵電極發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液中的OH－減少，因此電解一段時間后，c(OH－)降低的區(qū)域在陽極室。②氫氣具有還原性，根據(jù)題意Na2FeO4只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原，故電解過程中須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出，防止Na2FeO4與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低。③根據(jù)題意Na2FeO4只在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，在M點(diǎn)，c(OH－)低，Na2FeO4穩(wěn)定性差，且反應(yīng)慢，在N點(diǎn)：c(OH－)過高，鐵電極上有Fe(OH)3生成，使Na2FeO4產(chǎn)率降低。 答案：(1)0.2　(2)2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑ (3)2Cl－－2e－===Cl2↑ (4)燃燒熱值高、燃燒無污染、是可再生能源(任寫兩點(diǎn)) (5)①陽極室?、诜乐股傻腍2與高鐵酸鈉反應(yīng)，使高鐵酸鈉的產(chǎn)率降低?、跰點(diǎn)：氫氧根濃度偏低，高鐵酸鈉的穩(wěn)定性差，且反應(yīng)較慢(或N點(diǎn)：氫氧根濃度較高，鐵電極上容易生成氫氧化鐵，使高鐵酸鈉的產(chǎn)率降低) 14．Ⅰ.用圖1所示裝置實驗，U形管中a為25 mL CuSO4溶液，X、Y為電極。 (1)若X為鐵，Y為純銅，則該裝置所示意的是工業(yè)上常見的________池，陽極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。 (2)若X為純銅，Y為含有Zn、Ag、C等雜質(zhì)的粗銅，則該圖所示意的是工業(yè)上常見的____________裝置。反應(yīng)過程中，a溶液的濃度________發(fā)生變化(填“會”或“不會”)。 Ⅱ.現(xiàn)代氯堿工業(yè)常用陽離子交換膜將電解槽隔成兩部分，以避免電解產(chǎn)物之間發(fā)生二次反應(yīng)。圖2為電解槽示意圖。 (3)陽離子交換膜，只允許溶液中的______通過(填標(biāo)號)。 ①H2?、贑l2?、跦＋　④Cl－?、軳a＋?、轔H－ (4)寫出陽極的電極反應(yīng)式：__________________________________________。 (5)已知電解槽每小時加入10%的氫氧化鈉溶液10 kg，每小時能收集到標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣896 L，而且兩邊的水不能自由流通。則理論上： ①電解后流出的氫氧化鈉溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為__________________。 ②通過導(dǎo)線的電量為________________。(已知NA ＝ 6.021023 mol－1，電子電荷為1.6010－19 C) 解析：(3)陽離子交換膜，只允許陽離子通過，所以H＋、Na＋可以通過。(5)m(NaOH)原＝10 kg10%＝1 kg。在陰極區(qū)，H＋放出，但又有Na＋移來，引起陰極區(qū)增重，所以有2H2O→H2～2NaOH～增重2[M(Na)－M(H)]～轉(zhuǎn)移2e－ ＝＝＝ 解得m(NaOH)生成＝3 200 g＝3.2 kg，m(溶液)增＝1 760 g＝1.76 kg，Q≈7.71106 C，故w(NaOH) ＝100%＝100%≈35.7%。 答案：(1)電鍍　Cu－2e－===Cu2＋ (2)銅的電解精煉　會　(3)③⑤ (4)2Cl－－2e－===Cl2↑　(5)①35.7%?、?.71106 C