考點規范練18電解池金屬的電化學腐蝕與防護(時間:45分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共8小題,每小題6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.該過程是電能轉化為化學能的過程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.銅電極的電極反應式為CO2+8H++8eCH4+2H2O2.為探究鋼鐵的吸氧腐蝕原理設計了如圖所示裝置,下列有關說法中錯誤的是()A.正極的電極反應式為O2+2H2O+4e4OHB.將石墨電極改成Mg電極,難以觀察到鐵銹生成C.若向自來水中加入少量NaCl(s),可較快地看到鐵銹D.分別向鐵、石墨電極附近吹入O2,前者鐵銹出現較快3.研究電化學腐蝕及防護的裝置如圖所示。下列有關說法錯誤的是 ()A.d為石墨,鐵片腐蝕加快B.d為石墨,石墨上電極反應為O2+2H2O+4e4OHC.d為鋅塊,鐵片不易被腐蝕D.d為鋅塊,鐵片上電極反應為2H++2eH2↑4.關于下列裝置的說法中正確的是()A.裝置①中,鹽橋中的K+移向ZnSO4溶液一端B.裝置②工作一段時間后,a極附近溶液的pH增大C.用裝置③精煉銅時,c極為粗銅D.裝置④中電子在外電路由Zn流向Fe,裝置中有Fe2+生成5.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.陽極的電極反應式:Cl+2OH2eClO+H2OC.陰極的電極反應式:2H2O+2eH2↑+2OHD.除去CN的反應:2CN+5ClO+2H+N2↑+2CO2↑+5Cl+H2O6.納米級Cu2O由于具有優良的催化性能而受到關注。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,總反應為2Cu+H2OCu2O+H2↑。下列說法不正確的是()A.鈦(Ti)電極表面發生氧化反應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.陽極表面總反應式是2Cu+2OH2eCu2O+H2O7.LiOH常用于制備鋰離子電池的正極材料。工業上常利用如圖裝置電解制備LiOH,兩電極區電解液分別為LiOH和LiCl溶液。下列說法正確的是()A.a是電源的負極B.B極區電解液為LiOH溶液C.A電極的電極反應式為4OH4e2H2O+O2↑D.每產生標準狀況下2.24L氫氣,就有0.1mol陽離子通過交換膜進入陰極區8.將等物質的量濃度的Cu(NO3)2和KCl溶液等體積混合后,用石墨電極進行電解,電解過程中,溶液pH隨時間t變化的曲線如圖所示,則下列說法錯誤的是()A.AB段陽極只產生Cl2,陰極只產生CuB.BC段表示在陰極上是H+放電產生了H2C.CD段相當于電解水D.陽極先析出Cl2,后析出O2,陰極先產生Cu,后析出H2二、非選擇題(本題共3個小題,共52分)9.(12分)甲烷和甲醇可以作燃料電池,具有廣闊的開發和應用前景。回答下列問題:(1)甲醇燃料電池(簡稱DMFC)由于結構簡單、能量轉化率高、對環境無污染,可作為常規能源的替代品而越來越受到關注。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”)極,其電極反應式為。

甲(2)某研究小組將兩個甲烷燃料電池串聯后作為電源,進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(標準狀況),且反應完全,則理論上通過電解池的電量為(法拉第常數F=9.65×104C·mol1),若產生的氣體全部逸出,電解后溶液混合均勻,電解后U形管中溶液的pH為。

乙10.(20分)(1)用間接電化學法除去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),寫出陽極產生ClO2的電極反應式:。

②電解一段時間,當陰極產生的氣體體積為112mL(標準狀況)時,停止電解,通過陽離子交換膜的陽離子的物質的量為mol;用平衡移動原理解釋陰極區pH增大的原因:

。

(3)(2016北京順義區一模)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,設計由SO2和O2來制備硫酸。設計裝置如圖b所示,電極A、B為多孔的材料。A極為(填“正極”或“負極”)。

B極的電極反應式是。

11.(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,發現g電極附近的溶液先變紅,20min后,將K斷開,此時c、d兩極上產生的氣體體積相同。據此回答:(1)a電極的電極材料是(填“PbO2”或“Pb”)。

(2)丙裝置中發生電解的總反應方程式為。

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

(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,發現電流計指針偏轉,則此時c電極為極,d電極上發生反應的電極反應為。

(5)電解后取amL丁裝置中的溶液,向其中逐滴加入等物質的量濃度的CH3COOH溶液,當加入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的電離平衡常數為1.75×105,則ab=參考答案考點規范練18電解池金屬的電化學腐蝕與防護1.B該裝置是一個電解池,電解池是將電能轉化為化學能的裝置,A項正確;在電解池的陰極上發生二氧化碳得電子的還原反應,即CO2+8H++8eCH4+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,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)發生失電子的氧化反應,所以酸性增強,pH一定下降,C項正確;銅電極的電極反應式為CO2+8H++8eCH4+2H2O,D項正確。2.D鐵是負極,失電子被氧化成Fe2+,在正極氧氣得電子發生還原反應生成OH,故將氧氣吹向石墨電極,鐵銹出現得更快,A項正確、D項錯誤;若將石墨電極換成Mg電極,則負極為Mg,Fe被保護,難以看到鐵生銹,B項正確;向自來水中加入NaCl(s),可使電解質溶液的導電能力增強,加快腐蝕速率,C項正確。3.Dd為石墨,則鐵、碳及海水形成原電池,發生鐵的吸氧腐蝕,從而加快鐵片腐蝕,A項正確;d為石墨時是正極,電極反應為O2+2H2O+4e4OH,B項正確;d為鋅塊,則Zn、Fe和海水構成原電池,由于活潑性Zn>Fe,則鋅作負極,鐵片不易被腐蝕,C項正確;d為鋅塊時,鐵片上的反應為O2+2H2O+4e4OH,D項錯誤。4.B在裝置①中,金屬鋅是負極,金屬銅是正極,鹽橋中的K+移向CuSO4溶液一端,故A項錯誤;裝置②是電解池,陰極上是氫離子得電子發生還原反應,氫離子濃度減小,所以a極附近溶液的pH增大,故B項正確;電解精煉銅時,電解池的陽極是粗銅,陰極是精銅,即c極為精銅,故C項錯誤;在裝置④中,金屬鋅是負極,金屬鐵是正極,電子在外電路從負極Zn流向正極Fe,裝置中鐵電極上會產生氫氣,故D項錯誤。5.D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,故在陽極發生氧化反應,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生還原反應,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發生的反應為2CN+5ClO+H2ON2↑+2CO2↑+5Cl+2OH,D項錯誤。6.A鈦(Ti)電極為陰極,氫離子得電子,發生還原反應,A項錯誤;陽極附近溶液的氫氧根離子參加電極反應,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移動到陽極區,C項正確;陽極電極反應式為2Cu+2OH2eCu2O+H2O,D項正確。7.B根據圖示可知,B電極上有氫氣生成,則B為電解池陰極,A為陽極,a為正極、b為負極,陰極電極反應式為2H2O+2e2OH+H2↑,陽極反應式為2Cl2eCl2↑。根據以上分析知,A項錯誤;A極是陽極、B極是陰極,B電極反應式為2H2O+2e2OH+H2↑,有氫氧根離子生成,所以B極區電解液為LiOH溶液,A極區電解質溶液為LiCl溶液,B項正確;A電極上氯離子放電,電極反應式為2Cl2eCl2↑,C項錯誤;每產生標準狀況下2.24L氫氣,就有0.2mol電子轉移,根據電荷守恒知,有0.2mol陽離子通過交換膜進入陰極區,D項錯誤。8.B設Cu(NO3)2和KCl的物質的量各為nmol,在AB段,陽極發生反應2Cl2eCl2↑,陰極發生反應Cu2++2eCu,陽極nmol氯離子失nmol電子,陰極上12nmol銅離子得nmol電子,由于混合后的溶液呈酸性,銅離子濃度逐漸減小,溶液pH逐漸增大,A項正確;在BC段,陽極發生反應2H2O4e4H++O2↑,陰極發生反應Cu2++2eCu,陰極上12nmol銅離子再得nmol電子,溶液中氫離子濃度增大,溶液的pH迅速減小,B項錯誤;在CD段,陽極發生反應4OH4e2H2O+O2↑,陰極發生反應2H++2eH2↑,實質是電解水,溶液中氫離子濃度逐漸增大,pH減小,C項正確;由上述分析可知,陽極先析出Cl2,后析出O2,陰極先產生Cu,后析出H2,D項正確。9.答案(1)負CH3OH+H2O6eCO2↑+6H+(2)7.72×103C13解析(1)由電子流向知,通入a氣體的電極為負極,燃料電池中,負極通入燃料,發生氧化反應,被氧化生成二氧化碳。(2)電解氯化鈉溶液的化學方程式為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,可得關系式1molCH4~8mole~8molNaOH,故若每個電池甲烷通入量為0.224L(標準狀況),生成0.08molNaOH,c(NaOH)=0.08mol0.8L=0.1mol·L1,pH=13;電解池通過的電量為0.224L22.4L·mol-1×8×9.65×10.答案(1)2HSO3-+2H++2eS2O422NO+2S2O42-+2H2ON2+4HSO3-(2)①Cl+2H2O5eClO2↑+4H+②0.01在陰極發生2H++2eH2↑,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)①Fe2eFe2+;由于電解質溶液中有H2CO3溶液,電離出氫離子,2H++2eH2↑,發生析氫腐蝕。電解質溶液中又溶有氧氣,O2+2H2O+4e4OH,發生吸氧腐蝕②正極SO2+2H2O2eSO42-+4H+解析(1)陰極發生還原反應,是亞硫酸氫根離子得電子生成S2O42-,電極反應式為2HSO3-+2H++2eS2O42-+2H2O;S2O42-與一氧化氮發生氧化還原反應,生成氮氣和亞硫酸氫根,離子反應方程式為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,同時生成氫離子,電極反應式為Cl+2H2O5eClO2↑+4H+。②在陰極發生2H++2eH2↑,氫氣的物質的量為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的量為0.005mol×2=0.01mol,電解時陰極H+濃度減小,(3)①鋼鐵含有鐵和碳,鐵為負極,碳為正極,電子由負極流向正極,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極發生氧化反應Fe2eFe2+。由于電解質溶液中有H2CO3,電離出氫離子,2H++2eH2↑,發生析氫腐蝕。電解質溶液中又溶有氧氣,O2+2H2O+4e4OH,發生吸氧腐蝕。②由題意可知原電池目的是用SO2與O2反應來制備硫酸,B極生成硫酸,則通入的氣體應為SO2,硫元素由+4價升高到+6價,發生氧化反應,B極為負極,A極為正極。B極SO2中硫元素由+4價升高到+6價,發生氧化反應,發生的電極反應式為SO2+2H2O2eSO42-+4H+。11.答案(1)PbO2(2)2H2O2H2↑+O2↑(3)0.1molCu(OH)2(4)負O2+4H++4e2H2O(5)175176解析甲池是原電池,作電源,發生的反應為Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O;乙、丙、丁是電解池,閉合K,發現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;20mi