高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 課時規(guī)范練8 電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)（含解析）蘇教版-蘇教版高三化學(xué)試題

課時規(guī)范練8電解池金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)(時間:45分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共6小題,每小題8分,共48分,每小題只有一個選項符合題目要求)1.如圖是CO2電催化還原為CH4的工作原理示意圖。下列說法不正確的是()。A.該過程是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程B.一段時間后,①池中n(KHCO3)不變C.一段時間后,②池中溶液的pH一定下降D.銅電極的電極反應(yīng)式為CO2+8H++8e-CH4+2H2O答案:B解析:該裝置是一個電解池,電解池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置,A項正確;在電解池的陰極上發(fā)生二氧化碳得電子的還原反應(yīng),即CO2+8H++8e-CH4+2H2O,一段時間后,氫離子濃度減小,氫氧根離子濃度增大,氫氧根離子會和①池中的碳酸氫鉀反應(yīng),所以n(KHCO3)會減小,B項錯誤;在電解池的陽極上,是陰離子(氫氧根離子)發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),所以酸性增強(qiáng),pH一定下降,C項正確;銅電極的電極反應(yīng)式為CO2+8H++8e-CH4+2H2O,D項正確。2.(2019江蘇)將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后,置于如圖所示裝置中,進(jìn)行鐵的電化學(xué)腐蝕實驗。下列有關(guān)該實驗的說法正確的是()。A.鐵被氧化的電極反應(yīng)式為Fe-3e-Fe3+B.鐵腐蝕過程中化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能C.活性炭的存在會加速鐵的腐蝕D.以水代替NaCl溶液,鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕答案:C解析:在鐵的電化學(xué)腐蝕中,鐵單質(zhì)失去電子轉(zhuǎn)化為二價鐵離子,即負(fù)極反應(yīng)為Fe-2e-Fe2+,故A錯誤;鐵的腐蝕過程中化學(xué)能除了轉(zhuǎn)化為電能,還有一部分轉(zhuǎn)化為熱能,故B錯誤;活性炭與鐵混合,在氯化鈉溶液中構(gòu)成了許多微小的原電池,加速了鐵的腐蝕,故C正確;以水代替氯化鈉溶液,水呈中性,鐵在中性或堿性條件下易發(fā)生吸氧腐蝕,故D錯誤。3.(2018全國Ⅰ)最近我國科學(xué)家設(shè)計了一種CO2+H2S協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置,實現(xiàn)對天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如下所示,其中電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應(yīng)為:①EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+②2EDTA-Fe3++H2S2H++S+2EDTA-Fe2+該裝置工作時,下列敘述錯誤的是()。A.陰極的電極反應(yīng):CO2+2H++2e-CO+H2OB.協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng):CO2+H2SCO+H2O+SC.石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需為酸性答案:C解析:根據(jù)圖示可知,ZnO@石墨烯電極上發(fā)生還原反應(yīng),則該電極為陰極,電極反應(yīng)式為CO2+2H++2e-CO+H2O,A項正確;根據(jù)題干信息及圖中兩電極上的反應(yīng)可知,該電化學(xué)裝置(電解池)中的總反應(yīng)為CO2+H2SCO+S+H2O,B項正確;石墨烯作陽極,ZnO@石墨烯作陰極,陽極上的電勢應(yīng)高于陰極上的電勢,C項錯誤;若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需為酸性,否則Fe3+、Fe2+可形成沉淀,且H2S和S不能穩(wěn)定存在,D項正確。4.用如圖所示裝置除去含CN-、Cl-廢水中的CN-時,控制溶液pH為9~10,陽極產(chǎn)生的ClO-將CN-氧化為兩種無污染的氣體。下列說法不正確的是()。A.用石墨作陽極,鐵作陰極B.陽極的電極反應(yīng)式:Cl-+2OH--2e-ClO-+H2OC.陰極的電極反應(yīng)式:2H2O+2e-H2↑+2OH-D.除去CN-的反應(yīng):2CN-+5ClO-+2H+N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O答案:D解析:若鐵作陽極,則鐵失電子生成Fe2+,則CN-無法除去,故鐵只能作陰極,A項正確;Cl-要生成ClO-,Cl的化合價升高,故在陽極發(fā)生氧化反應(yīng),又已知該溶液呈堿性,故B項正確;陽離子在電解池的陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng),堿性條件下,H2O提供陽離子H+,故C項正確;由于溶液呈堿性,故除去CN-發(fā)生的反應(yīng)為2CN-+5ClO-+H2ON2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-,D項錯誤。5.納米級Cu2O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注。采用離子交換膜控制陽極電解液中OH-的濃度制備納米級Cu2O的裝置如圖所示,總反應(yīng)為2Cu+H2OCu2O+H2↑。下列說法不正確的是()。A.鈦(Ti)電極表面發(fā)生氧化反應(yīng)B.陽極附近溶液的pH逐漸減小C.離子交換膜宜采用陰離子交換膜D.陽極表面總反應(yīng)式是2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2O答案:A解析:鈦(Ti)電極為陰極,氫離子得電子,發(fā)生還原反應(yīng),A項錯誤;陽極附近溶液的氫氧根離子參加電極反應(yīng),pH逐漸減小,B項正確;離子交換膜宜采用陰離子交換膜,氫氧根離子能從陰極區(qū)移動到陽極區(qū),C項正確;陽極電極反應(yīng)式為2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2O,D項正確。6.(2019江蘇宿遷中學(xué)高三模擬)一種新型生物電化學(xué)方法脫除水體中NH4下列說法正確的是()。A.裝置工作時,化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹷.裝置工作時,a極周圍溶液pH降低C.裝置內(nèi)工作溫度越高,NH4D.電極b上發(fā)生的反應(yīng)之一是2NO3--2e-N2↑+3O2答案:B解析:該裝置是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,故A錯誤;a極為陽極,電極反應(yīng)為NH4++2H2O-6e-NO2-+8H+,所以a極周圍溶液的pH減小,故B正確;該裝置是在細(xì)菌作用下進(jìn)行的,所以溫度過高,會導(dǎo)致細(xì)菌死亡,NH4+脫除率會減小,故C錯誤;b極上反應(yīng)式為2NO3-+12H++10e二、非選擇題(本題共3個小題,共52分)7.(12分)甲烷和甲醇可以作燃料電池,具有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景?；卮鹣铝袉栴}:(1)甲醇燃料電池(簡稱DMFC)由于結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)化率高、對環(huán)境無污染,可作為常規(guī)能源的替代品而越來越受到關(guān)注。DMFC工作原理如圖甲所示,通入a氣體的電極是原電池的(填“正”或“負(fù)”)極,其電極反應(yīng)式為

。

甲(2)某研究小組將兩個甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源,進(jìn)行飽和氯化鈉溶液電解實驗,如圖乙所示U形管中氯化鈉溶液的體積為800mL。閉合K后,若每個電池甲烷用量均為0.224L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),且反應(yīng)完全,則理論上通過電解池的電量為(法拉第常數(shù)F=9.65×104C·mol-1),若產(chǎn)生的氣體全部逸出,電解后溶液混合均勻,電解后U形管中溶液的pH為。

乙答案:(1)負(fù)CH3OH+H2O-6e-CO2↑+6H+(2)7.72×103C13解析:(1)由電子流向知,通入a氣體的電極為負(fù)極,燃料電池中,負(fù)極通入燃料,發(fā)生氧化反應(yīng),被氧化生成二氧化碳。(2)電解氯化鈉溶液的化學(xué)方程式為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,可得關(guān)系式1molCH4~8mole-~8molNaOH,故若每個電池甲烷通入量為0.224L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),生成0.08molNaOH,c(NaOH)=0.08mol0.8L=0.1mol·L-1,pH=13;電解池通過的電量為0.224L22.4L·mol-1×8×9.658.(20分)(1)用間接電化學(xué)法除去NO的過程,如圖所示:已知電解池的陰極室中溶液的pH在4~7之間,寫出陰極的電極反應(yīng)式:

。用離子方程式表示吸收池中除去NO的原理:

。

(2)目前已開發(fā)出電解法制取ClO2的新工藝。①用石墨作電極,在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2(如圖所示),寫出陽極產(chǎn)生ClO2的電極反應(yīng)式:

。

②電解一段時間,當(dāng)陰極產(chǎn)生的氣體體積為112mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時,停止電解,通過陽離子交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為mol;用平衡移動原理解釋陰極區(qū)pH增大的原因:

。(3)①鋼鐵銹蝕的圖示如圖a所示:用箭頭表示出圖a中電子的運(yùn)動方向;請你分析高鐵鐵軌銹蝕的原因是

。圖a圖b②我國的科技人員為了消除SO2的污染,變廢為寶,利用原電池原理,設(shè)計由SO2和O2來制備硫酸。設(shè)計裝置如圖b所示,電極A、B為多孔的材料。A極為(填“正極”或“負(fù)極”)。

B極的電極反應(yīng)式是

。

答案:(1)2HSO3-+2H++2e-S2O422NO+2S2O42-+2H2ON2(2)①Cl-+2H2O-5e-ClO2↑+4H+②0.01在陰極發(fā)生2H++2e-H2↑,H+濃度減小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移動,OH-濃度增大,pH增大(3)①Fe-2e-Fe2+;由于電解質(zhì)溶液中有H2CO3溶液,電離出氫離子,2H++2e-H2↑,發(fā)生析氫腐蝕。電解質(zhì)溶液中又溶有氧氣,O2+2H2O+4e-4OH-,發(fā)生吸氧腐蝕②正極SO2+2H2O-2e-SO42-解析:(1)陰極發(fā)生還原反應(yīng),是亞硫酸氫根離子得電子生成S2O42-,電極反應(yīng)式為2HSO3-+2H++2e-S2O42-+2H2O;S2O42-與一氧化氮發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成氮氣和亞硫酸氫根,離子反應(yīng)方程式為2NO+2S2(2)①由題意可知,氯離子放電生成ClO2,由元素守恒可知,有水參加反應(yīng),同時生成氫離子,電極反應(yīng)式為Cl--5e-+2H2OClO2↑+4H+。②在陰極發(fā)生2H++2e-H2↑,氫氣的物質(zhì)的量為0.112L22.4L·mol-1=0.005mol,通過陽離子交換膜的陽離子為+1價離子,通過陽離子交換膜的陽離子的物質(zhì)的量為0.005mol×2=0.01mol,電解時陰極H+濃度減小,使得H(3)①鋼鐵含有鐵和碳,鐵為負(fù)極,碳為正極,電子由負(fù)極流向正極,故電子的移動方向可表示為;高鐵鐵軌銹蝕的原因是鐵為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)Fe-2e-Fe2+。由于電解質(zhì)溶液中有H2CO3,電離出氫離子,2H++2e-H2↑,發(fā)生析氫腐蝕。電解質(zhì)溶液中又溶有氧氣,O2+2H2O+4e-4OH-,發(fā)生吸氧腐蝕。②由題意可知原電池目的是用SO2和O2來制備硫酸,B極生成硫酸,則通入的氣體應(yīng)為SO2,硫元素由+4價升高到+6價,發(fā)生氧化反應(yīng),B極為負(fù)極,A極為正極。B極SO2中硫元素由+4價升高到+6價,發(fā)生氧化反應(yīng),發(fā)生的電極反應(yīng)式為SO2+2H2O-2e-SO42-+4H+。9.(20分)如圖所示的四個容器中分別盛有不同的溶液,除a、b外,其余電極均為石墨電極。甲為鉛蓄電池,其工作原理為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,其兩個電極的電極材料分別為PbO2和Pb。閉合K,發(fā)現(xiàn)g電極附近的溶液先變紅,20min后,將K斷開,此時c、d兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同。據(jù)此回答:(1)a電極的電極材料是(填“PbO2”或“Pb”)。

(2)丙裝置中發(fā)生電解的總反應(yīng)方程式為。

(3)電解20min時,停止電解,此時要使乙中溶液恢復(fù)到原來的狀態(tài),需要加入的物質(zhì)及其物質(zhì)的量是。

(4)20min后將乙裝置與其他裝置斷開,然后在c、d兩極間連接上靈敏電流計,發(fā)現(xiàn)電流計指針偏轉(zhuǎn),則此時c電極為極,d電極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)為

。

(5)電解后取amL丁裝置中的溶液,向其中逐滴加入等物質(zhì)的量濃度的CH3COOH溶液,當(dāng)加入bmLCH3COOH溶液時,混合溶液的pH恰好等于7(體積變化忽略不計)。已知CH3COOH的電離平衡常數(shù)為1.75×10-5,則ab=答案:(1)PbO2(2)2H2O2H2↑+O2↑(3)0.1molCu(OH)2(4)負(fù)O2+4H++4e-2H2O(5)175解析:甲池是原電池,作電源,發(fā)生的反應(yīng)為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O;乙、丙、丁是電解池,閉合K,發(fā)現(xiàn)g電極附近的溶液變紅,說明g電極是電解池的陰極,h是電解池的陽極,所以a為正極,b為負(fù)極;c電極為陰極,d電極為陽極;e電極為陰極,f電極為陽極;20min后,將K斷開,此時c、d兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同。(1)a電極是鉛蓄電池的正極,正極的電極材料是PbO2。(2)丙中電解硫酸鋁溶液,實際上是電解水,電解方程式為2H2O2H2↑+O2↑。(3)c、d兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同,c電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為Cu2++2e-Cu;2H++2e-H2↑,d電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為4OH--4e-2H2O+O2↑,設(shè)生成的氧氣為xmol,則氫氣也為xmol,生成的Cu為0.1L×1mol·L-1=0.1mol,由得失電子守恒可得:2x+0.1×2=4x,解得x=0.1,則電解時生成0.1mol氫氣、0.1mol氧氣和0.1molCu,若要使溶液恢復(fù)到原來的狀態(tài),需要加入0.1molCu(OH)2。(4)20min后將乙裝置與其