2021高考化学(苏教版)一轮复习课时训练：6-3电解原理及应用-金属的腐蚀与防护.docx

第三单元　
电解原理及应用　金属的腐蚀与防护
(计时：45分钟　满分：100分)
一、选择题(本大题共10小题，每小题5分，共50分)
1．(2022·南京二调)下列说法正确的是(　　)
A．氯碱工业中，烧碱在阳极区生成
B．电解熔融氯化铝制取金属铝
C．电镀时，用镀层金属作阳极
D．将钢闸门与外电源正极相连，可防止其腐蚀
解析　A选项，阳极是氯离子放电，生成氯气，阴极是氢离子放电生成氢气，同时生成氢氧化钠，错误；B选项，金属铝的制取是电解熔融的氧化铝，错误；C选项，电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，正确；D选项，将钢闸门与外电源负极相连，是外接电源的阴极爱护法，错误。
答案　C
2．(2022·唐山一模)下列叙述正确的是(　　)
A．铜、铁和FeCl3溶液形成的原电池，铜极放出氢气
B．电解硫酸钠溶液就是电解水，电解后溶液pH上升
C．铁锅生锈的正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．工业上电解饱和食盐水的阳极反应为：2H＋＋2e－===H2↑
解析　A选项，铜极发生反应Fe3＋＋e－===Fe2＋，错误；B选项，电解硫酸钠溶液就是电解水，电解后溶液pH不变，错误；D选项，工业上电解饱和食盐水的阳极反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑，错误。
答案　C
3．(2022·潍坊模拟)如图所示，a、b是两根石墨棒。下列叙述正确的是(　　)

A．a是正极，发生还原反应
B．b是阳极，发生氧化反应
C．稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变
D．往滤纸上滴加酚酞试液，a极四周颜色变红
解析　a是阳极，发生氧化反应；b是阴极，发生还原反应；在反应过程中，硫酸根离子没有参与反应，因此稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变；往滤纸上滴加酚酞试液，b极四周颜色变红。
答案　C
4．(2022·宝鸡二检)按下左图装置试验，若下右图中x轴表示流入阴极的电子的物质的量，则y轴可表示的物理量为(　　)
①c(Ag＋)　②c(NO)　③a棒的质量　④b棒的质量　⑤溶液的pH

A．①③ B．③④
C．①②④ D．①②⑤
解析　从图中可以看出，随着流入阴极的电子的物质的量的增加，y轴表示的物理量不变，分析可知，在整个电解过程中，阳极发生反应：Ag－e－===Ag＋，阴极发生反应：Ag＋＋e－===Ag，故整个电解过程中c(Ag＋)、c(NO)、c(H＋)始终不变，而且a棒质量增大、b棒质量减小，故D项正确。
答案　D
5．(2022·太原测评)结合下图推断，下列叙述正确的是(　　)

A．K与N连接时，X为硫酸，一段时间后溶液的pH增大
B．K与N连接时，X为氯化钠，石墨电极反应：2H＋＋2e－===H2↑
C．K与M连接时，X为硫酸，一段时间后溶液的pH增大
D．K与M连接时，X为氯化钠，石墨电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
解析　K与N连接时，为原电池，石墨电极为正极，铁电极为负极，若X为H2SO4，负极反应为：Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，一段时间后溶液pH增大，A选项正确；若X为NaCl，则负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，B选项错误；K与M相连时，为电解池，石墨电极为阳极，铁电极为阴极，若X为H2SO4，阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极反应为4H＋＋4e－===2H2↑，实质为电解水，一段时间后，溶液pH减小，C选项错误；若X为NaCl，阳极反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，D选项错误。
答案　A
6．(2022·湖南联考)关于如图所示各装置的叙述中，正确的是(　　)

A．装置①是原电池，总反应是Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋
B．装置①中，铁作负极，负极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋
C．装置②通电一段时间后石墨Ⅱ电极四周溶液红褐色加深
D．若用装置③精炼铜，则d极为粗铜，c极为纯铜，电解质溶液为CuSO4溶液
解析　Fe比Cu活泼，总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A、B项错误；Fe(OH)3胶体粒子带正电荷，在电场作用下向阴极移动，C正确；依据电流方向可知，a为直流电源的正极，电解精炼铜时，c极为粗铜，d极为纯铜，D项错误。
答案　C
7．(2022·长沙模拟)如图所示，甲池的总反应式为
2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。

下列说法正确的是(　　)
A．甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化为电能的装置
B．甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH－6e－＋2H2O===CO＋8H＋
C．反应一段时间后，向乙池中加入肯定量Cu(OH)2固体，能使CuSO4溶液恢复到原浓度
D．甲池中消耗280 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上产生1.45 g固体
解析　A项，甲池为燃料电池，是化学能转化为电能的装置，乙池、丙池分别为电解硫酸铜溶液、氯化镁溶液的电解池，是电能转化为化学能的装置，A项错；B项，甲池中通入CH3OH的一极为负极，电解质为KOH溶液，正确的负极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O；C项，乙池的电解产物为Cu和O2，加入Cu(OH)2固体不能使CuSO4溶液恢复到原浓度；D项，丙池中电解氯化镁溶液生成氯气、氢气及Mg(OH)2沉淀，依据反应过程中电子得失守恒可得关系式：O2～2Mg(OH)2，因此甲池消耗280 mL O2的同时，丙池理论上可产生0.025 mol的Mg(OH)2，其质量为1.45 g，D项正确。
答案　D
8．(2022·合肥质检)

图中X为电源，Y为浸透饱和硫酸钠溶液的滤纸，滤纸中心滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中心的紫红色斑向d端集中。下列推断正确的是(　　)
A．c电极的电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑
B．Cu电极质量减小，Pt电极质量增大
C．Z中溶液的pH先减小，后增大
D．a为电源正极，b为电源负极
解析　依据Y中心的紫红色斑向d端集中，可知a为负极，b为正极，D选项错误；C为阴极，电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑，A选项正确；在Z装置中Cu为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，质量增大，Pt电极为阳极，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，质量不变，电解一段时间后，溶液的pH减小，不行能增大，故B、C项错误。
答案　A
9．(2021·上海)糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是(　　)
A．脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保持期
B．脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应为：
Fe－3e－―→Fe3＋
C．脱氧过程中碳作原电池负极，电极反应为：2H2O＋O2＋4e－―→4OH－
D．含有1.12 g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸取氧气336 mL(标准状况)
解析　钢铁腐蚀中铁作负极、碳作正极，B、C项错误；n(Fe)＝0.02 mol，负极电极反应式Fe－2e－===Fe2＋，生成Fe2＋与正极生成的OH－结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3，所以0.02 mol Fe最终失去0.06 mol电子，消耗n(O2)＝＝0.015 mol，D选项正确。
答案　D

10．(2022·南昌一模)如图所示，用铁棒和石墨棒作电极电解1 L 1 mol/L的食盐水，下列有关说法正确的是(　　)
A．电键K与N连接，铁棒被爱护而免受腐蚀
B．电键K与N连接，正极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．电键K与M连接，当两极共产生标准状况下气体33.6 L时，理论上生成1 mol NaOH
D．电键K与M连接，将石墨棒换成铜棒，就可实现在铁棒上镀铜
解析　电键K与N连接构成原电池，铁为负极，失电子，渐渐被腐蚀，正极为氧气得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A项、B项错；电键K与M连接构成电解池，由于溶液中只有1 mol NaCl，所以电解开头阶段是电解NaCl溶液，NaCl耗尽后，电解的是水，因此阴极和阳极先分别生成氢气和氯气，后又分别生成氢气和氧气，分析得知溶液中的钠元素完全转化为NaOH，故生成的NaOH为1 mol，C项正确；电键K与M连接，石墨棒改为铜棒时，阳极Cu失电子，变为Cu2＋，但Cu2＋与阴极生成的OH－结合生成Cu(OH)2沉淀，不能实现铁棒镀铜的目的，D项错。
答案　C
二、非选择题(本大题共4小题，共50分)
11．(12分)25 ℃时，用两个质量相同的铜棒作电极，电解500 mL 0.1 mol·L－1 H2SO4溶液，电解过程中，电解液的pH变化如表所示(假定溶液温度保持不变)。电解2 h后，取出电极，对电极进行干燥，并称量，测得两电极的质量差为9.6 g。已知，25 ℃时0.1 mol·L－1 CuSO4溶液的pH为4.17。
时间/h
0.5
1
1.5
2
pH
1.3
2.4
3.0
3.0
(1)试验刚开头阶段电解池阴极所发生反应的电极反应式为___。
(2)电解进行到1.5 h后，电解质溶液的pH不再发生变化的缘由是__________________________________；用离子反应方程式表示0.1 mol·L－1 CuSO4溶液的pH为4.17的缘由：__________________。
(3)电解进行的2 h中，转移电子的总物质的量________0.15 mol(填“<”、“＝”或“>”)。
(4)欲使所得电解质溶液复原到500 mL 0.1 mol·L－1 H2SO4溶液，应对溶液进行怎样处理？_____________________________________
_________________________________________________________。
解析　依据题意及表中数据可知，电解刚开头阶段，阳极反应式是Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；随着电解的连续，溶液中Cu2＋的浓度增大到肯定程度时，阳极反应不变，阴极反应则变成Cu2＋＋2e－===Cu；若电解过程中只有电镀铜的过程，阳极溶解的铜与阴极生成的铜质量相同，溶液的组成保持不变，则阳极铜削减＝4.8 g，转移电子的物质的量为0.15 mol，而实际上先有H2产生，后有电镀铜的过程，故实际转移电子的物质的量大于0.15 mol；要使溶液复原，则需要通入H2S，发生反应H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4。原H2SO4溶液的浓度为0.1 mol·L－1，电解2 h后，溶液pH＝3.0，即c(H＋)＝0.001 mol·L－1，此时溶液中c(Cu2＋)＝0.099 5 mol·L－1≈0.1 mol·L－1，则需通入的n(H2S)＝n(Cu2＋)＝0.05 mol。
答案　(1)2H＋＋2e－===H2↑
(2)电解持续进行，H＋电解完后，电解过程发生转变，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，电解质溶液的组成、浓度不再发生变化，溶液的pH也不再发生变化　Cu2＋＋2H2OCu(OH)2＋2H＋
(3)>
(4)向溶液中通入约0.05 mol H2S
12．(12分)(2022·山东潍坊一模)(1)为提高甲醇燃料的利用率，科学家创造了一种燃料电池，电池的一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了Y2O3的ZrO2晶体，在高温下它能传导O2－离子。电池工作时正极反应式为________________。
若以该电池为电源，用石墨做电极电解100 mL含有如下离子的溶液。
离子
Cu2＋
H＋
Cl－
SO
c/(mol·L－1)
1
4
4
1
电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时(忽视溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)，阳极上收集到氧气的物质的量为________mol。
(2)甲醇对水质会造成肯定的污染，有一种电化学法可消退这种污染，其原理是：通电后将Co2＋氧化成Co3＋，然后以Co3＋做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化。试验室用右图装置模拟上述过程：

①写出阳极电极反应式________________；
②除去甲醇的离子反应为；6Co3＋＋CH3OH＋H2O===CO2↑＋6Co2＋＋6H＋，该过程中被氧化的元素是________，当产生标准状况下2.24 L CO2时，共转移电子________mol。
解析　(1)正极上氧气得电子生成氧离子，电极反应式为：O2＋4e－===2O2－；铜离子的物质的量＝0.1 mol，氢离子的物质的量＝0.4 mol，氯离子的物质的量＝0.4 mol，硫酸根离子的物质的量＝0.1 mol，要想使两极得到相同体积的气体，阳极上有氧气生成，设氧气的物质的量为x，电解时阴阳极上得失电子数相等，所以0.1 mol×2＋(x＋0.2) mol×2＝4x＋0.4 mol×1，x＝0.1。
(2)①阳极上二价钴离子失电子生成三价钴离子，电极反应式为Co2＋－e－===Co3＋；
②失电子的物质作还原剂，被氧化，所以被氧化的是C或碳；
6Co3＋＋CH3OH＋H2O===
CO2↑＋6Co2＋＋6H＋　转移电子
22.4 L 6 mol
2.24 L 0.6 mol
所以转移电子0.6 mol。
答案　(1)O2＋4e－===2O2－　0.1
(2)①Co2＋－e－===Co3＋　②C(或碳)　0.6
13．(13分)(2022·荆州质检)如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：

(1)甲烷燃料电池负极反应式是__________________。
(2)石墨(C)极的电极反应式为__________________。

(3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参与反应，则乙装置中铁极上生成的气体体积为________L；丙装置中阴极析出铜的质量为________g。
(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的试验装置(如图所示)。
若用于制漂白液，a为电池的________极，电解质溶液最好用________。
若用于制Fe(OH)2，使用硫酸钠作电解质溶液，阳极选用_______
作电极。
解析　(1)甲烷燃料电池负极上发生氧化反应，即甲烷在负极上被氧化。在KOH溶液中甲烷被氧化的产物为碳酸钾，负极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。(2)原电池的负极与电解池的阴极相接，铁极为阴极，则C极为阳极，在C极上发生氧化反应，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。(3)n(O2)＝＝0.1 mol，甲池中正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，由电子守恒知，经过甲、乙、丙装置的电子的总物质的量为0.4 mol。乙池中的铁极与甲池的负极相连，铁极为阴极，发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，n(H2)＝＝0.2 mol，V(H2)＝0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L。丙池中精铜为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，n(Cu)＝＝0.2 mol，m(Cu)＝0.2 mol×64 g·mol－1＝12.8 g。(4)漂白液的有效成分是次氯酸盐，制备原理是2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑，Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O，气体与液体反应，最好接受逆向接触，即气体在下端产生，碱溶液在上端生成，使其充分反应，所以该装置的下端为阳极，上端为阴极，阴极与电源负极相连，故a极为负极。生活中常见且廉价的氯化物是氯化钠，故电解质溶液最好用饱和氯化钠溶液。若制备氢氧化亚铁，用硫酸钠溶液作电解质溶液，选用铁作阳极。
答案　(1)CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
(2)2Cl－－2e－===Cl2↑
(3)4.48　12.8
(4)负　饱和氯化钠溶液或食盐水　铁
14．(13分)(2022·长春外国语学校月考)某课外活动小组设计了如下图所示的装置，调整滑动变阻器，把握电流强度适中的状况下用其进行缓慢电解NaCl溶液及相关试验(此时，打开止水夹a，关闭止水夹b)。由于马虎，试验并未达到预期目的，但也看到了令人很兴奋的现象。请挂念他们分析并回答下列问题(图中阳离子交换膜只允许阳离子和水通过)：

(1)写出B装置中的电极反应式：Pt极___________________；Fe极_______________________________________。
(2)观看到A装置中的现象为①__________________________；
②___________________________________________________；
③___________________________________________________。
(3)当观看到A装置中的现象后，他们关闭止水夹a，打开止水夹b，再观看C装置。若无现象，说明理由；若有现象，请写出有关反应方程式：__________________________。
(4)若想达到电解NaCl溶液的目的，应改进装置，请提出你的意见：______________________。
答案　(1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑(或2H＋＋2e－===H2↑)　Fe－2e－===Fe2＋
(2)①烧杯中的水倒吸并产生红色喷泉
②烧瓶中液面上升到高于左侧导管肯定程度后又渐渐下落至与A中左侧导管口相平
③最终烧杯中溶液呈红色，导管有气泡逸出
(3)Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3[或4Fe2＋＋8OH－＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3↓]
(4)把Fe电极换成C、Pt等惰性电极或将装置中两电极调换位置或将电源反接等