2019-2020年高考化学一轮复习第六单元化学反应与能量考点规范练18电解池金属的电化学腐蚀与防护.doc

2019-2020年高考化学一轮复习第六单元化学反应与能量考点规范练18电解池金属的电化学腐蚀与防护一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分。每小题只有一个选项符合题目要求)1.如图是CO2电催化还原为CH4的工作原理示意图。下列说法不正确的是()A.该过程是电能转化为化学能的过程B.一段时间后,池中n(KHCO3)不变C.一段时间后,池中溶液的pH一定下降D.铜电极的电极反应式为CO2+8H+8e-CH4+2H2O2.为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示装置,下列有关说法中错误的是()A.正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-B.将石墨电极改成Mg电极,难以观察到铁锈生成C.若向自来水中加入少量NaCl(s),可较快地看到铁锈D.分别向铁、石墨电极附近吹入O2,前者铁锈出现较快3.研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是()A.d为石墨,铁片腐蚀加快B.d为石墨,石墨上电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-C.d为锌块,铁片不易被腐蚀D.d为锌块,铁片上电极反应为2H+2e-H24.关于下列装置的说法中正确的是()A.装置中,盐桥中的K+移向ZnSO4溶液一端B.装置工作一段时间后,a极附近溶液的pH增大C.用装置精炼铜时,c极为粗铜D.装置中电子在外电路由Zn流向Fe,装置中有Fe2+生成5.用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为910,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是()A.用石墨作阳极,铁作阴极B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH-2e- ClO-+H2OC.阴极的电极反应式:2H2O+2e-H2+2OH-D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+N2+2CO2+5Cl-+H2O6.纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制阳极电解液中OH-的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示,总反应为2Cu+H2OCu2O+H2。下列说法不正确的是()A.钛(Ti)电极表面发生氧化反应B.阳极附近溶液的pH逐渐减小C.离子交换膜宜采用阴离子交换膜D.阳极表面总反应式是2Cu+2OH-2e-Cu2O+H2O7.LiOH常用于制备锂离子电池的正极材料。工业上常利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。下列说法正确的是()A.a是电源的负极B.B极区电解液为LiOH溶液C.A电极的电极反应式为4OH-4e-2H2O+O2D.每产生标准状况下2.24 L氢气,就有0.1 mol阳离子通过交换膜进入阴极区8.将等物质的量浓度的Cu(NO3)2和KCl溶液等体积混合后,用石墨电极进行电解,电解过程中,溶液pH随时间t变化的曲线如图所示,则下列说法错误的是()A.AB段阳极只产生Cl2,阴极只产生CuB.BC段表示在阴极上是H+放电产生了H2C.CD段相当于电解水D.阳极先析出Cl2,后析出O2,阴极先产生Cu,后析出H2二、非选择题(本题共3个小题,共52分)9.(12分)甲烷和甲醇可以作燃料电池,具有广阔的开发和应用前景。回答下列问题:(1)甲醇燃料电池(简称DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染,可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC工作原理如图甲所示,通入a气体的电极是原电池的(填“正”或“负”)极,其电极反应式为。甲(2)某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源,进行饱和氯化钠溶液电解实验,如图乙所示U形管中氯化钠溶液的体积为800 mL。闭合K后,若每个电池甲烷用量均为0.224 L(标准状况),且反应完全,则理论上通过电解池的电量为(法拉第常数F=9.65104 Cmol-1),若产生的气体全部逸出,电解后溶液混合均匀,电解后U形管中溶液的pH为。乙10.(20分)(1)用间接电化学法除去NO的过程,如图所示:已知电解池的阴极室中溶液的pH在47之间,写出阴极的电极反应式:。用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理:。(2)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。用石墨作电极,在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图所示),写出阳极产生ClO2的电极反应式:。电解一段时间,当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时,停止电解,通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为 mol;用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因:。(3)(xx北京顺义区一模)钢铁锈蚀的图示如图a所示:用箭头表示出图a中电子的运动方向;请你分析高铁铁轨锈蚀的原因是。图a图b我国的科技人员为了消除SO2的污染,变废为宝,利用原电池原理,设计由SO2和O2来制备硫酸。设计装置如图b所示,电极A、B为多孔的材料。A极为(填“正极”或“负极”)。B极的电极反应式是。11.(20分)如图所示的四个容器中分别盛有不同的溶液,除a、b外,其余电极均为石墨电极。甲为铅蓄电池,其工作原理为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,其两个电极的电极材料分别为PbO2和Pb。闭合K,发现g电极附近的溶液先变红,20 min后,将K断开,此时c、d两极上产生的气体体积相同。据此回答:(1)a电极的电极材料是(填“PbO2”或“Pb”)。(2)丙装置中发生电解的总反应方程式为。(3)电解20 min时,停止电解,此时要使乙中溶液恢复到原来的状态,需要加入的物质及其物质的量是。(4)20 min后将乙装置与其他装置断开,然后在c、d两极间连接上灵敏电流计,发现电流计指针偏转,则此时c电极为极,d电极上发生反应的电极反应为。(5)电解后取a mL丁装置中的溶液,向其中逐滴加入等物质的量浓度的CH3COOH溶液,当加入b mL CH3COOH溶液时,混合溶液的pH恰好等于7(体积变化忽略不计)。已知CH3COOH的电离平衡常数为1.7510-5,则=。参考答案考点规范练18电解池金属的电化学腐蚀与防护1.B该装置是一个电解池,电解池是将电能转化为化学能的装置,A项正确;在电解池的阴极上发生二氧化碳得电子的还原反应,即CO2+8H+8e-CH4+2H2O,一段时间后,氢离子浓度减小,氢氧根离子浓度增大,氢氧根离子会和池中的碳酸氢钾反应,所以n(KHCO3)会减小,B项错误;在电解池的阳极上,是阴离子(氢氧根离子)发生失电子的氧化反应,所以酸性增强,pH一定下降,C项正确;铜电极的电极反应式为CO2+8H+8e-CH4+2H2O,D项正确。2.D铁是负极,失电子被氧化成Fe2+,在正极氧气得电子发生还原反应生成OH-,故将氧气吹向石墨电极,铁锈出现得更快,A项正确、D项错误;若将石墨电极换成Mg电极,则负极为Mg,Fe被保护,难以看到铁生锈,B项正确;向自来水中加入NaCl(s),可使电解质溶液的导电能力增强,加快腐蚀速率,C项正确。3.Dd为石墨,则铁、碳及海水形成原电池,发生铁的吸氧腐蚀,从而加快铁片腐蚀,A项正确;d为石墨时是正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,B项正确;d为锌块,则Zn、Fe和海水构成原电池,由于活泼性ZnFe,则锌作负极,铁片不易被腐蚀,C项正确;d为锌块时,铁片上的反应为O2+2H2O+4e-4OH-,D项错误。4.B在装置中,金属锌是负极,金属铜是正极,盐桥中的K+移向CuSO4溶液一端,故A项错误;装置是电解池,阴极上是氢离子得电子发生还原反应,氢离子浓度减小,所以a极附近溶液的pH增大,故B项正确;电解精炼铜时,电解池的阳极是粗铜,阴极是精铜,即c极为精铜,故C项错误;在装置中,金属锌是负极,金属铁是正极,电子在外电路从负极Zn流向正极Fe,装置中铁电极上会产生氢气,故D项错误。5.D若铁作阳极,则铁失电子生成Fe2+,则CN-无法除去,故铁只能作阴极,A项正确;Cl-要生成ClO-,Cl的化合价升高,故在阳极发生氧化反应,又已知该溶液呈碱性,故B项正确;阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应,碱性条件下,H2O提供阳离子H+,故C项正确;由于溶液呈碱性,故除去CN-发生的反应为2CN-+5ClO-+H2ON2+2CO2+5Cl-+2OH-,D项错误。6.A钛(Ti)电极为阴极,氢离子得电子,发生还原反应,A项错误;阳极附近溶液的氢氧根离子参加电极反应,pH逐渐减小,B项正确;离子交换膜宜采用阴离子交换膜,氢氧根离子能从阴极区移动到阳极区,C项正确;阳极电极反应式为2Cu+2OH-2e-Cu2O+H2O,D项正确。7.B根据图示可知,B电极上有氢气生成,则B为电解池阴极,A为阳极,a为正极、b为负极,阴极电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2,阳极反应式为2Cl-2e-Cl2。根据以上分析知,A项错误;A极是阳极、B极是阴极,B电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2,有氢氧根离子生成,所以B极区电解液为LiOH溶液,A极区电解质溶液为LiCl溶液,B项正确;A电极上氯离子放电,电极反应式为2Cl-2e-Cl2,C项错误;每产生标准状况下2.24 L氢气,就有0.2 mol电子转移,根据电荷守恒知,有0.2 mol阳离子通过交换膜进入阴极区,D项错误。8.B设Cu(NO3)2和KCl的物质的量各为n mol,在AB段,阳极发生反应2Cl-2e-Cl2,阴极发生反应Cu2+2e-Cu,阳极n mol氯离子失n mol电子,阴极上n mol铜离子得n mol 电子,由于混合后的溶液呈酸性,铜离子浓度逐渐减小,溶液pH逐渐增大,A项正确;在BC段,阳极发生反应2H2O-4e-4H+O2,阴极发生反应Cu2+2e-Cu,阴极上n mol 铜离子再得n mol电子,溶液中氢离子浓度增大,溶液的pH迅速减小,B项错误;在CD段,阳极发生反应4OH-4e-2H2O+O2,阴极发生反应2H+2e-H2,实质是电解水,溶液中氢离子浓度逐渐增大,pH减小,C项正确;由上述分析可知,阳极先析出Cl2,后析出O2,阴极先产生Cu,后析出H2,D项正确。9.答案 (1)负CH3OH+H2O-6e-CO2+6H+(2)7.72103C13解析 (1)由电子流向知,通入a气体的电极为负极,燃料电池中,负极通入燃料,发生氧化反应,被氧化生成二氧化碳。(2)电解氯化钠溶液的化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2,可得关系式1 mol CH48 mol e-8 mol NaOH,故若每个电池甲烷通入量为0.224 L(标准状况),生成0.08 mol NaOH,c(NaOH)=0.1 molL-1,pH=13;电解池通过的电量为89.65104 Cmol-1=7.72103 C(题中虽然有两个燃料电池,但电子的传递量只能用一个电池的甲烷量计算)。10.答案 (1)2HS+2H+2e-S2+2H2O2NO+2S2+2H2ON2+4HS(2)Cl-+2H2O-5e-ClO2+4H+0.01在阴极发生2H+2e-H2,H+浓度减小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移动,OH-浓度增大,pH增大(3)Fe-2e-Fe2+;由于电解质溶液中有H2CO3溶液,电离出氢离子,2H+2e-H2,发生析氢腐蚀。电解质溶液中又溶有氧气,O2+2H2O+4e-4OH-,发生吸氧腐蚀正极SO2+2H2O-2e-S+4H+解析 (1)阴极发生还原反应,是亚硫酸氢根离子得电子生成S2,电极反应式为2HS+2H+2e-S2+2H2O;S2与一氧化氮发生氧化还原反应,生成氮气和亚硫酸氢根,离子反应方程式为2NO+2S2+2H2ON2+4HS。(2)由题意可知,氯离子放电生成ClO2,由元素守恒可知,有水参加反应,同时生成氢离子,电极反应式为Cl-+2H2O-5e-ClO2+4H+。在阴极发生2H+2e-H2,氢气的物质的量为=0.005 mol,通过阳离子交换膜的阳离子为+1价离子,通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.005 mol2=0.01 mol,电解时阴极H+浓度减小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移动,溶液的pH增大。(3)钢铁含有铁和碳,铁为负极,碳为正极,电子由负极流向正极,故电子的移动方向可表示为;高铁铁轨锈蚀的原因是铁为负极发生氧化反应Fe-2e-Fe2+。由于电解质溶液中有H2CO3,电离出氢离子,2H+2e-H2,发生析氢腐蚀。电解质溶液中又溶有氧气,O2+2H2O+4e-4OH-,发生吸氧腐蚀。由题意可知原电池目的是用SO2与O2反应来制备硫酸,B极生成硫酸,则通入的气体应为SO2,硫元素由+4价升高到+6价,发生氧化反应,B极为负极,A极为正极。B极SO2中硫元素由+4价升高到+6价,发生氧化反应,发生的电极反应式为SO2+2H2O-2e-S+4H+。11.答案 (1)PbO2(2)2H2O2H2+O2(3)0.1 mol Cu(OH)2(4)负O2+4H+4e-2H2O(5)解析 甲池是原电池,作电源,发生的反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O;乙、丙、丁是电解池,闭合K,发现g电极附近的溶液变红,说明g电极是电解池的阴极,h是电解池的阳极,所以a为正极,b为负极;c电极为阴极,d电极为阳极;e电极为阴极,f电极为阳极;20 min后,将K断开,此时c、d两极上产生的气体体积相同。(1)a电极是铅蓄电池的正极,正极的电极材料是PbO2。(2)丙中电解硫酸铝溶液,实际上是电解水,电解方程式为2H2O2H2+O2。(3)c、d两极上产生的气体体积相同,c电极上发生的电极反应为Cu2+2e-Cu;2H+2e-H2,d电极上发生的电极反应为4OH-4e-2H2O+O2,设生成的氧气为x mol,则氢气也为x mol,生成的Cu为0.1 L1 molL-1=0.1 mol,由得失电子守恒可得:2x+0.12=4x,解得x=0.1,则电解时生成0.1 mol氢气、0.1 mol氧气和0.1 mol Cu,若要使溶液恢复到原来的状态,需要加入0.1 mol Cu(OH)2。(4)20 min后将乙装置与其他装置断开,然后在c、d两极间连上灵敏电流计,发现电流计指针偏转,说明形成了原电池,氢气在c极失电子,c为负极,氧气在d极得电子,d极为正极,正极的电极反应式为O2+4H+4e-2H2O。(5)电解后丁装置中生成氢氧化钠,乙中电解生成0.1 mol氧气,转移电子为0.4 mol,则丁中氯化钠全部被消耗,生成的氢氧化钠为0.2 mol,其浓度为2 molL-1,加醋酸后溶液的pH恰好等于7,则c(H+)=c(OH-),由电荷守恒可知c(Na+)=c(CH3COO-)= molL-1,c(CH3COOH)=-c(CH3COO-)= molL-1,Ka=1.7510-5,代入数值解得。