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2021高考化学一轮复习 课时作业21 电能转化为化学能——电解鲁科版

2021高考化学一轮复习 课时作业21 电能转化为化学能——电解鲁科版

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电能转化为化学能——电解
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
1．(2019·北京海淀区期末)家用暖气片大多用低碳钢材料制成，一旦生锈不仅影响美观，也会造成安全隐患。下列防止生锈的方法中，存在安全隐患的是 (　　)
A．在暖气片表面镀锡
B．在暖气片表面涂漆
C．在暖气片表面涂铝粉
D．非供暖期在暖气片内充满弱碱性的无氧水
A　[A项，Fe的活泼性比Sn强，镀锡层破坏后，Fe、Sn构成原电池，加快了暖气片的腐蚀，存在安全隐患；B项，暖气片表面涂漆，隔绝了Fe与空气的接触，起到了防护作用，且无安全隐患；C项，Al表面易形成致密的氧化膜，有利于保护暖气片中的Fe，无安全隐患；D项，弱碱性的无氧水可防止Fe的吸氧腐蚀和析氢腐蚀，无安全隐患。]
2．(2019·辽宁大连模拟)钢铁在海水中容易被腐蚀，如图四种装置可用于探究海水对钢铁腐蚀的快慢，其中钢铁被腐蚀最慢的是(　　)

C　[A项，钢铁中的Fe、C与海水构成原电池，Fe被腐蚀；B项，钢铁中的Fe比Sn活泼，Fe、Sn、海水构成原电池，加快了Fe的腐蚀；C项，钢铁接电池负极，作阴极，属于外加电流的阴极保护法，可保护Fe不被腐蚀；D项，Zn、钢铁连接，是牺牲阳极的阴极保护法。C项钢铁被腐蚀最慢。]
3．(2019·辽宁五校联考)高压直流电线路的瓷绝缘子经日晒雨淋容易出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应
B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn
D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
C　[通电时，锌环与电源正极相连，作阳极，发生氧化反应，A项正确；通电时，铁帽为阴极，发生还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B项正确；断电时，形成原电池，锌环为负极，发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋，C项错误；断电时，形成原电池，铁帽为正极，此为牺牲阳极的阴极保护法，仍能防止铁帽被腐蚀，D项正确。]
4．(2019·山东临沂十九中调研)某校活动小组为探究金属腐蚀的相关原理，设计了如图a所示装置，图a的两根铁棒分别连上一块Zn片和Cu片，并静置于含有K3[Fe(CN)6]及酚酞的混合凝胶上。一段时间后发现凝胶的某些区域(如图b所示)发生了变化。已知：3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓(蓝色)。则下列说法错误的是(　　)

A．甲区发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋
B．乙区产生Zn2＋
C．丙区呈现红色
D．丁区呈现蓝色
A　[甲区是Fe­Zn相连的Fe区域，而Fe、Zn相连，Zn对Fe起到保护作用，Fe为正极，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，Fe没有被氧化，A项错误；乙区为Fe­Zn相连的Zn区域，Zn为负极，失电子，生成Zn2＋，B项正确；丙区为Fe­Cu相连的Cu区域，Cu为正极，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，因凝胶中含有酚酞，故该区域呈现红色，C项正确；丁区为Fe­Cu相连的Fe区域，Fe为负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成了蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2，D项正确。]
5．用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
C　[A对：该电解池阳极发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，氧气将铝制品表面氧化形成致密的氧化膜，所以待加工铝质工件应为阳极。B对，C错：阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极可选用不锈钢网作电极。D对：电解质溶液中的阴离子向阳极移动。]
6．(2019·河南南阳期末)用石墨作电极电解下列四种溶液，以下说法错误的是(　　)
A．电解AgNO3溶液，阳极生成O2，溶液的酸性增强
B．电解ZnBr2溶液，阴极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn
C．电解AlCl3溶液，总反应的离子方程式：2H2O＋2Cl－2OH－＋Cl2↑＋H2↑
D．电解Pb(NO3)2和CuCl2的混合溶液，可明显分为三个阶段
C　[石墨是惰性电极，电解AgNO3溶液，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag，则阳极生成O2，溶液的酸性增强，A正确；电解ZnBr2溶液，由于Zn2＋的氧化性强于水电离出的H＋的氧化性，则阴极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，B正确；电解AlCl3溶液，阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，电解产生的OH－与Al3＋结合生成Al(OH)3沉淀，故电池总反应的离子方程式为2Al3＋＋6H2O＋6Cl－2Al(OH)3↓＋3Cl2↑＋3H2↑，C错误；电解Pb(NO3)2和CuCl2的混合溶液，阳离子的氧化性：Cu2＋>Pb2＋>H＋(水)，阴离子的还原性：Cl－>OH－>NO，第一阶段电解CuCl2，第二阶段电解Pb(NO3)2和H2O，第三阶段电解HNO3，D正确。]

7．(2019·贵州遵义航天高中考试)关于如图装置的说法正确的是(　　)
A．装置中电子移动的途径：负极→Fe→M溶液→石墨→正极
B．若M溶液为滴加酚酞的NaCl溶液，通电一段时间后，铁电极附近溶液显红色
C．若M溶液为CuSO4溶液，可以实现石墨上镀铜
D．若将电源反接，M溶液为NaCl溶液，可以用于制备Fe(OH)2并可以使其较长时间保持白色
B　[该装置是电解池，电子只能沿着导线移动，不能进入溶液中，A项错误；铁电极为阴极，溶液中的H＋在此电极上得电子变为H2，溶液中的OH－浓度增大，碱性增强，酚酞遇碱变红，B项正确；石墨作阴极才能实现石墨上镀铜，C项错误；若将电源反接，铁作阳极，铁失电子生成Fe2＋，石墨作阴极，溶液中的H＋在此极得电子变为H2，溶液中的OH－浓度增大，Fe2＋和OH－反应生成Fe(OH)2白色沉淀，但是溶液中的O2能够把Fe(OH)2氧化为红褐色沉淀Fe(OH)3，Fe(OH)2不能较长时间保持白色，D项错误。]
8．(2019·湖北武汉武昌区调研)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO占95%，利用图示装置从海水中提取CO2。下列说法正确的是(　　)

A．a室排出的是NaOH、Ca(OH)2等强碱性物质
B．b室发生主要反应：2H＋＋CO===H2O＋CO2↑
C．c室发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．装置中产生的O2和提取的CO2的体积比为1∶4
D　[a室为阳极室，发生反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阳极室内c(H＋)增大，结合电解池中阳离子向阴极移动可知，H＋通过阳离子透过膜进入b室，b室海水中的Na＋、Ca2＋等通过阳离子透过膜进入c室，故A项错误；b室发生反应：H＋＋HCO===H2O＋CO2↑，B项错误；c室为阴极室，发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C项错误；根据a室反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋及b室反应：H＋＋HCO===H2O＋CO2↑，可得关系式O2～4H＋～4CO2，则装置中产生的O2和提取的CO2的体积比为1∶4，D项正确。]
9．(2019·福建泉州质检)最近我国成功研制出高效电催化固氮催化剂Mo2N，如图所示，在0.1 mol·L－1盐酸中，一定电压下具有较高的产氨速率和稳定的电流效率。下列判断错误的是(　　)

A．石墨电极为阳极
B．P为阳离子交换膜
C．Mo2N/GCE电极区的反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3
D．为提高溶液的导电性，可在石墨电极区加入适量盐酸
D　[由图可知，Mo2N/GCE电极上N2被还原生成NH3，则Mo2N/GCE电极是阴极，石墨电极是阳极，A正确；阴极上生成NH3，则Mo2N/GCE电极区的反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3，C正确；阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极产生H＋，阴极消耗H＋，H＋要透过隔膜P向左侧移动，故P为阳离子交换膜，B正确；在石墨电极区加入适量盐酸，石墨电极上Cl－发生氧化反应生成Cl2，产生污染性气体，D错误。]
10．(2019·北京海淀区模拟)某实验小组在常温下进行电解饱和Ca(OH)2溶液的实验，实验装置与现象如表所示。
序号
Ⅰ
Ⅱ
装置

现象
两极均产生大量气泡，b极比a极多；a极附近溶液逐渐产生白色浑浊，该白色浑浊加入盐酸中有气泡产生
两极均产生大量气泡，d极比c极多；C极表面产生少量黑色固体；c极附近溶液未见白色浑浊
下列关于实验现象的解释与推论正确的是 (　　)
A．a极附近溶液产生白色浑浊的主要原因是电解过程消耗水，析出Ca(OH)2固体
B．b极产生气泡：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
C．c极表面变黑：Cu－2e－＋2OH－===CuO＋H2O
D．d极电极反应的发生，抑制了水的电离
C　[a极为电解池的阳极，氢氧根离子放电生成的氧气且与电极材料石墨反应生成二氧化碳，二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙，碳酸钙加入盐酸中有二氧化碳产生，该白色浑浊为碳酸钙，A项错误；b极是阴极，水电离产生的氢离子放电生成氢气，B项错误；c极表面产生的少量黑色固体是铜放电生成的氧化铜：Cu－2e－＋2OH－===CuO＋H2O，所以c极表面变黑，C项正确；d极为阴极，水电离产生的氢离子在阴极上放电生成氢气，促进水的电离，D项错误。]
11．(2019·辽宁沈阳一测)氯碱工业的原理改进方法如下图分两个阶段进行，下列说法错误的是(　　)

A．在阶段Ⅰ中，a为电源正极，b为电源负极
B．阶段Ⅱ阴极反应：Na0.44－xMnO2＋xe－＋xNa＋===Na0.44MnO2
C．该方法比传统氯碱工业减少了阳离子交换膜，避免氢气和氯气混合，便于NaOH提纯
D．阶段Ⅰ、Ⅱ的反应不能都在饱和食盐水的条件下进行
A　[解答本题的关键是根据阶段Ⅰ中两电极的产物判断左右两电极分别为阴极和阳极，由此可确定a、b分别为电源的负极和正极；再结合阶段Ⅱ中两电极的产物写出电极反应式，从而进行分析判断。阶段Ⅰ中，左侧电极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则该电极为阴极，a为电源负极，b为电源正极，A项错误；阶段Ⅱ中，Na0.44－xMnO2在阴极发生还原反应生成Na0.44MnO2，其电极反应式为Na0.44－xMnO2＋xe－＋xNa＋===Na0.44MnO2，B项正确；和传统氯碱工业相比，该方法减少了阳离子交换膜，阶段Ⅰ和阶段Ⅱ分别产生H2和Cl2，便于NaOH提纯，C项正确；若阶段Ⅰ在饱和食盐水中进行，则阴极和阳极分别产生H2和Cl2，达不到改进目的，故阶段Ⅰ、Ⅱ的反应不能都在饱和食盐水中进行，D项正确。]

12．(2019·山东济南质检)已知高能锂离子电池的总反应式为2Li＋FeS===Fe＋Li2S，LiPF6·SO(CH3)2为电解质，用该电池为电源电解含镍酸性废水并得到单质Ni的实验装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．Y电极应为Li
B．电解过程中，b中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
C．X电极的电极反应式为FeS＋2Li＋＋2e－===Fe＋Li2S
D．若将图中阳离子交换膜去掉，将a、b两室合并，则电解反应总方程式发生改变
B　[通过电池总反应式可知，Li发生氧化反应，作负极，FeS发生还原反应，作正极；由题给信息知c中Ni2＋发生反应生成单质Ni，故镀镍铁棒为阴极，Y电极为负极，X电极为正极。Y电极为原电池负极，故Y电极为Li，A项正确；电解过程中，a为阳极区，发生氧化反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，a中Na＋通过阳离子交换膜进入b，c中发生还原反应：Ni2＋＋2e－===Ni，溶液中Cl－通过阴离子交换膜进入b中，故电解过程中，b中NaCl的浓度将不断增大，B项错误；X电极为正极，FeS发生还原反应，故电极反应式为FeS＋2Li＋＋2e－===Fe＋Li2S，C项正确；若将阳离子交换膜去掉，因b中含有Cl－，故阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，故电解反应总方程式发生改变，D项正确。]
13．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。
(1)以下为铝材表面处理的一种方法：

①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是__________________________(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的__________。
a．NH3　　　b．CO2　　　c．NaOH　　　d．HNO3
②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为__________________。
取少量废电解液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是
________________________________________________________________________。
解析：　(1)①冒气泡的原因是Al与NaOH溶液反应，离子方程式为2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑；使[Al(OH)4]－生成沉淀，最好是通入CO2，若加入HNO3，过量时沉淀容易溶解。
②阳极是Al发生氧化反应，要生成氧化膜，还必须有H2O参加，故电极反应式为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋；加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，是由于HCO消耗H＋，使溶液pH不断升高。(2)电镀时，阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2＋，以补充溶液中的Cu2＋。
答案：　(1)①2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑　b
②2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋　HCO消耗H＋，c(H＋)减小，c(OH－)增大，使Al(OH)3沉淀析出
(2)阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2＋
14．(2019·山东菏泽一中模拟)钢铁是目前应用最广泛的金属材料，了解钢铁腐蚀的原因与防护方法具有重要意义，对钢铁制品进行抗腐蚀处理，可适当延长其使用寿命。
(1)抗腐蚀处理前，生产中常用盐酸来除铁锈。现将一表面生锈的铁件放入盐酸中，当铁锈除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。

①若X为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于__________处。
②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为________。
(3)上图中若X为粗铜，容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关K置于N处，一段时间后，当铁件质量增加3.2 g时，X电极溶解的铜的质量________(填“>”“<”或“＝”)3.2 g。铁件表面镀铜可有效防止铁被腐蚀，如果铁件部分未镀上铜，或镀层破损，镀铜铁比镀锌铁反而更易被腐蚀，请简要说明原因
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：　(1)当铁锈除尽后，溶液中发生的反应有铁与盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，铁与氯化铁反应生成氯化亚铁，属于化合反应的化学方程式是2FeCl3＋Fe===3FeCl2。(2)①若X为碳棒，开关K置于M处，则整个装置构成原电池，铁件为负极被腐蚀；若开关K置于N处，则整个装置构成电解池，铁件为阴极被保护，所以为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于N处。②若X为锌，开关K置于M处，则整个装置构成原电池，铁件被保护，该电化学防护法称为牺牲阳极的阴极保护法。(3)若X为粗铜，容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关K置于N处，整个装置构成电解池，X为阳极，其中比铜活泼的金属单质也放电，铁件上铜离子得电子生成铜单质，根据得失电子守恒，当铁件质量增加3.2 g时，X电极溶解铜的质量小于3.2 g。在潮湿的环境中镀铜铁若构成原电池，铁作负极，加快腐蚀；镀锌铁若构成原电池，铁作正极，被保护。
答案：　(1)2FeCl3＋Fe===3FeCl2　(2)①N　②牺牲阳极的阴极保护法
(3)<　在潮湿的环境中镀铜铁破损后构成原电池，铁是负极，加快腐蚀
15．研究大气中含硫化合物(主要是SO2和H2S)的转化对环境保护具有重要意义。
(1)(2019·四川雅安中学月考)利用H2S废气制取氢气的方法有多种，比如下图的电化学法：

①反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，其目的是________。
②反应池中发生反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
③反应后的溶液进入电解池，产生氢气的电极名称为________，电解反应的离子方程式为________________。
(2)(2019·四川宜宾一中月考)某种电化学脱硫法装置如图所示，不仅可脱除烟气中的SO2，还可以制得H2SO4。在阴极上放电的物质是________，在阳极生成SO3的电极反应式是
________________________________________________________________________。

解析：　(1)反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，可增大反应物接触面积。②反应池中H2S和FeCl3发生氧化还原反应生成FeCl2和硫单质，反应的化学方程式为H2S＋2FeCl3===2FeCl2＋S↓＋2HCl。③电解池中，阳极上Fe2＋失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋，阴极上H＋得到电子，发生还原反应，电解总反应的离子方程式为2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑。(2)由电化学脱硫法的装置示意图可知，该装置为电解装置，烟气经催化氧化后，部分SO2转化为SO3，所得气体通入该装置，在阳极上，O2得到电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋2SO3===2SO；在阳极上，SO2失电子被氧化为SO3，电极反应式为SO2－2e－＋SO===2SO3，SO3经N2导出 与水反应生成硫酸。
答案：　(1)①增大反应物接触面积，使反应更充分
②H2S＋2FeCl3===2FeCl2＋S↓＋2HCl　③阴极　2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑　(2)O2　SO2－2e－＋SO===2SO3