2021高考化学总复习(江西版)作业本：第6章-课时4-电解池、金属的电化学腐蚀与防护.docx

课时4 电解池、金属的电化学腐蚀与防护

(时间：45分钟　分值：100分)
一、选择题(本题共7个小题，每题6分，共42分，每个小题只有一个选项符合题意。)
1．化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是 (　　)。
A．用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．氢氧燃料电池的负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
解析　电池的负极发生的是氧化反应，B不对；粗铜精炼时，纯铜应当连接电源的负极，C错；钢铁发生电化学腐蚀时，铁为负极，D错。
答案　A
2．(2021·中山模拟)下图是两套电能与化学能相互转化的装置。对此两套装置的分析正确的是 (　　)。

A．图1装置中的铁电极发生还原反应
B．图2装置反应一段时间后溶液的pH会降低
C．两装置中石墨电极上所产生的气体都是H2
D．两装置都可用于防止铁被腐蚀

解析　图1是原电池，铁发生氧化反应，故A、D错；图2是电解池，被电解的物质是水，硫酸浓度增大，pH下降，B正确；图2中石墨电极是阳极，电极上有O2生成，C错误。
答案　B
3．(2021·大连测试)用惰性电极实现如下电解过程，下列说法正确的是 (　　)。
A．电解稀硫酸溶液实质上是电解水，故溶液pH不变
B．电解稀氢氧化钠溶液要消耗OH－，故溶液pH减小
C．电解硫酸钠溶液，在阴极上发生反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
解析　电解稀硫酸实质上是电解水，硫酸的物质的量不变，但溶液体积减小，浓度增大，故溶液pH减小，A错误。电解稀NaOH溶液，阳极消耗OH－，阴极消耗H＋，实质上是电解水，NaOH溶液浓度增大，故溶液的pH增大，B错误。电解Na2SO4溶液时，在阳极上发生反应4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，在阴极上发生反应2H＋＋2e－===H2↑，C错误。电解CuCl2溶液时，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故产物Cu和Cl2的物质的量之比为1∶1。
答案　D
4．某同学设计了一种利用电解法制取Fe(OH)2的试验装置(如图)，通电后，溶液中产生白色沉淀，且较长时间不变色。下列说法中正确的是 (　　)。
A．电源中a肯定为负极，b肯定为正极
B．可以用NaCl作为电解质，但不能用Na2SO4
C．A、B两端都必需用铁作电极
D．阴极上发生的反应是：2H＋＋2e－===H2↑
解析　利用电解法制备Fe(OH)2，由于Fe(OH)2极易被氧化，故可利用电解过程中生成的H2排出装置中的O2，使反应在H2环境中发生，故B电极上必需是H＋放电，B极为阴极，b为电源负极，A错误、D正确；电解液可以为NaOH、NaCl、Na2SO4溶液等，故B错误；阳极为铁电极，阴极可为铁电极，也可为其他电极，C错误。
答案　D
5．关于下列各装置图的叙述不正确的是 (　　)。

A．用图①装置精炼铜，a极为粗铜，电解质溶液为CuSO4溶液
B．图②装置的盐桥中KCl的Cl－移向乙烧杯
C．图③装置中钢闸门可与外接电源的负极相连受到爱护
D．图④两个装置中通过导线的电子数相同时，消耗负极材料的物质的量不同
解析　A项正确，由电流方向推断a极为阳极，可使粗铜溶解；B项错误，图②装置中的甲烧杯中锌作负极，溶液中不断增加Zn2＋，盐桥中KCl的Cl－移向甲烧杯；C项正确，由于钢闸门与外接电源的负极相连作阴极受到了爱护；图④中左、右装置均为原电池，左装置中的铝作负极被氧化，右装置中的锌作负极被氧化，但两种金属的氧化产物的化合价不同，当通过导线的电子数相同时，消耗负极材料的物质的量不同。
答案　B
6．(2021·天津模拟)臭氧是常见的强氧化剂，广泛用于水处理系统。制取臭氧的方法很多，其中高压放电法和电解纯水法原理如下图所示，下列有关说法不正确的是 (　　)。

A．高压放电法，反应的原理为3O22O3
B．高压放电出来的空气中，除含臭氧外还含有氮的氧化物
C．电解时，电极b四周发生的电极反应有3H2O－6e－===O3↑＋6H＋和2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．电解时，H＋由电极a经聚合固体电解质膜流向电极b
解析　高压放电法与闪电条件下氧气部分转化为臭氧类似，其反应的原理为：3O22O3，因空气中还含有氮气，放电条件下，氮气也能与氧气反应，故有氮氧化物生成，A、B两项均正确；观看上图电解法制臭氧，可发觉有氢气放出，必由水还原生成，发生还原反应，故a为阴极；同理，由水生成氧气和臭氧，发生氧化反应，C项正确；因b为阳极，电解质中的阳离子移向阴极，故D项错误。
答案　D
7．(2021·天津化学，6)为增加铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下：
电池：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)
电解池：2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
电解过程中，以下推断正确的是 (　　)。

电池
电解池
A
H＋移向Pb电极
H＋移向Pb电极
B
每消耗3 mol Pb
生成2 mol Al2O3
C
正极：PbO2＋4H＋＋2e－
===Pb2＋＋2H2O
阳极：3Al＋3H2O－6e－
===Al2O3＋6H＋
D

解析　在电池中阳离子移向正极PbO2，在电解池中阳离子移向阴极Pb电极，A错误；当消耗3 mol Pb时，转移6 mol e－，由转移电子守恒可知生成1 mol Al2O3，B错误；电池正极反应应为：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－===PbSO4＋2H2O，C错误；在电池中，由于Pb电极反应为：Pb－2e－＋SO42－===PbSO4，析出的PbSO4附在电极上，电极质量增大，而在电解池中Pb为阴极不参与电极反应，故质量不发生转变，D正确。
答案　D
二、非选择题(本题共4个小题，共58分)
8．(14分)(2021·潍坊模拟)对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。
(1)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________________________。
(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缘由是________________________。在此过程中，两个电极上质量的变化值：阴极________阳极(填“>”、“<”或“＝”)。
(3)利用右图所示的装置，可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________(填“M”或“N”)处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为____________。
解析　(1)阳极铝被氧化成Al2O3，反应过程中有水参与，故电极反应式为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋。(2)电镀时，为保证阴极上只有铜析出，就要确保电镀过程中溶液中有足够多的Cu2＋，因此阳极就需要不断地溶解铜，以补充电镀液中的Cu2＋。(3)铁被爱护，可以作原电池的负极或电解池的阴极。故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe作阴极受到爱护；若X为锌，开关K置于M处，铁作正极，称为牺牲阳极的阴极爱护法。
答案　(1)2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋
(2)能向电镀液中不断补充Cu2＋，使电镀液中的Cu2＋浓度保持恒定　＝
(3)N　牺牲阳极的阴极爱护法
9．(14分)某小组同学设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾。

(1)X极与电源的________(填“正”或“负”)极相连，氢气从________(填“A”、“B”、“C”或“D”)口导出。
(2)离子交换膜只允许一类离子通过，则M为________(填“阴离子”或“阳离子”，下同)交换膜，N为________交换膜。
(3)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池(石墨为电极)，则电池负极的反应式为________________________。
(4)若在标准状况下，制得11.2 L氢气，则生成硫酸的质量是________，转移的电子数为________。
解析　题图中左边加入含硫酸的水，示意左边制硫酸，即OH－在阳极发生氧化反应，使左边溶液中H＋增多，为了使溶液呈电中性，硫酸钾溶液中的SO42－通过M交换膜向左边迁移，即M为阴离子交换膜，由此推知X为阳极，与电源正极相连，B出口产生氧气，A出口流出硫酸；同理，右侧加入含KOH的水，说明右边制备KOH溶液，H＋在Y极发生还原反应，说明Y极为阴极，与电源负极相连，右边溶液中OH－增多，硫酸钾溶液中K＋向右迁移，N为阳离子交换膜，所以C出口产生氢气，D出口流出KOH溶液。(3)若将制得的氢气和氧气在氢氧化钾溶液中构成原电池，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，负极反应式为2H2－4e－＋4OH－===4H2O。(4)n(H2)＝0.5 mol，
2H＋＋2e－===H2↑，得电子1 mol，X极的反应式为4OH－－4e－===2H2O＋
O2↑，依据得失电子守恒知，生成H＋的物质的量为1 mol，故生成0.5 mol H2SO4，m(H2SO4)＝49 g。
答案　(1)正　C　(2)阴离子　阳离子　(3)H2－2e－＋2OH－===2H2O　(4)49 g　6.02×1023(或NA)
10．(15分)某化学争辩小组以铜为电极，按右图所示的装置电解饱和食盐水，探究过程如下。
试验1：接通电源30 s内，阳极四周消灭白色浑浊，之后变成橙黄色浑浊，此时测定溶液的pH约为10。一段时间后，试管底部聚集大量红色沉淀，溶液仍为无色。
查阅资料：
物质
氯化铜
氧化
亚铜
氢氧化亚
铜(不稳定)
氯化
亚铜
颜色
固体呈棕色，浓溶液呈绿色，稀溶液呈蓝色
红色
橙黄色
白色
相同温度下CuCl的溶解度大于CuOH。
试验2：分别出试验1中试管底部的沉淀，洗涤，分装在两支小试管中，试验操作和现象如下。
序号
操　作
现　象
①
滴入足量稀硝酸溶液
沉淀溶解，有无色气泡产生，最终得到蓝色溶液
②
滴入足量稀硫酸溶液
仍有红色不溶物，溶液呈现蓝色
请回答：
(1)试验1中试管底部红色沉淀的化学式为________。
(2)试验1中阳极上的电极反应式为________________________。
(3)利用平衡移动的原理解释，试验1中最初生成的白色浑浊转化为橙黄色浑浊的缘由是_______________________________________________________
_________________________________________________________________。
(4)试验2中①、②的离子反应方程式：①____________________________，②________________________。
解析　(1)在试验1中，阳极铜被氧化，由现象不难推断，铜逐步转化为氯化亚铜→氢氧化亚铜→氧化亚铜，所以试验1试管底部是Cu2O。(2)试验1中阳极上的电极反应式为Cu＋Cl－－e－===CuCl(或Cu＋OH－－e－===CuOH)。
(3)试验1中最初生成的白色浑浊转化为橙黄色浑浊是由于CuCl存在如下沉淀溶解平衡：CuCl(s)Cu＋(aq)＋Cl－(aq)，OH－与Cu＋结合，生成更难溶的物质，使平衡正向移动。(4)在试验2中，①中的Cu2O会被HNO3氧化，离子反应方程式为3Cu2O＋14H＋＋2NO3－===6Cu2＋＋2NO↑＋7H2O；②中的Cu2O在稀H2SO4溶液中发生歧化反应：Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。
答案　(1)Cu2O
(2)Cu＋Cl－－e－===CuCl(或Cu＋OH－－e－===CuOH)
(3)CuCl(s)Cu＋(aq)＋Cl－(aq)，OH－与Cu＋结合，生成更难溶的物质，使平衡正向移动
(4)①3Cu2O＋14H＋＋2NO3－===6Cu2＋＋2NO↑＋7H2O
②Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O
11．(15分)下图是一个化学过程的示意图。

(1)图中甲池是________装置(填“电解池”或“原电池”)，其中OH－移向________极(填“CH3OH”或“O2”)。
(2)写出通入CH3OH的电极的电极反应式：_____________________________
_________________________________________________________________。
(3)向乙池两电极四周滴加适量紫色石蕊试液，四周变红的电极为________极(填“A”或“B”)，并写出此电极的反应式：______________________________。
(4)乙池中总反应的离子方程式：_____________________________________。
(5)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40 g时，乙池的pH是________(若此时乙池中溶液的体积为500 mL)；此时丙池某电极析出1.60 g某金属，则丙中的某盐溶液可能是________(填序号)。
A．MgSO4 B．CuSO4 C．NaCl D．AgNO3
解析　(1)分析图中装置，甲池是碱性条件下的甲醇燃料电池，用于发电，甲醇所在电极作负极，O2所在电极为正极，在碱性条件下甲醇的氧化产物为CO32－，由此写出电极反应式：CH3OH－6e－＋8OH－===CO32－＋6H2O，原电池工作时溶液中的阴离子向负极移动。(3)碳电极(A极)与原电池装置中通入O2的电极相连，则作阳极，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，银电极(B极)与原电池装置中通入甲醇的电极相连，则作阴极，电极反应式为
Ag＋＋e－===Ag，电解过程的总反应式为4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋，因此当向乙池两电极四周滴加适量紫色石蕊试液，四周变红的电极为A电极。(5)当乙池中B(Ag)电极的质量增加5.40 g时，即析出Ag的物质的量为0.05 mol，则生成H＋的物质的量为0.05 mol，由此可得溶液的pH＝1。依据放电规律，本题首先排解选项A和选项C。当乙池中B(Ag)电极的质量增加5.40 g时，此时转移的电子数为0.05 mol，当丙池中电极上析出1.60 g金属铜时，正好转移0.05 mol电子，因此选项B正确。当丙装置中为AgNO3溶液，且AgNO3溶液足量时，可知析出金属的质量也应为5.40 g，若AgNO3溶液不足时，析出金属的质量必小于5.40 g，故选项D也有可能。
答案　(1)原电池　CH3OH
(2)CH3OH－6e－＋8OH－===CO32－＋6H2O
(3)A　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
(4)4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋
(5)1　BD