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第35讲　电解池　金属的腐蚀与防护
(说明:选择题每小题3分)
层次1基础性
1.下面有关电化学图示完全正确的是(　　)
2.用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液,在电解的过程中,溶液的pH依次升高、不变、降低的是(　　)
A.AgNO3、NaCl、Cu(NO3)2
B.KCl、Na2SO4、CuSO4
C.CaCl2、KOH、NaNO3
D.HCl、HNO3、K2SO4
3.(2024·江苏南京检测)科学家发表了高温二氧化碳电解发展报告,利用固体氧化物电解池将CO2和H2O转化为合成气并联产高纯度O2的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.当产生11.2 L O2时,有2 mol电子流向a极
B.x极为电源正极
C.b极CO2发生的反应为CO2+2H++2e-CO+H2O
D.电解质中阴离子由a极向b极移动
4.(2024·江西南昌模拟)利用电化学原理合成氨的装置如图所示,科学家研究表明,Ag、Hg、Pt和Au等能促进氮气合成氨。下列叙述正确的是 (　　)
A.该装置可将电能全部转化成化学能
B.N极可选择铜、锌等材料
C.M极反应式为N2+6e-+6H+2NH3
D.4.48 L H2发生氧化反应时转移0.4 mol电子
5.(2024·四川泸州期末)已知:Ni2+在pH为7.1时开始沉淀。如图所示,工业上用电解法回收含镍废水中的镍。下列说法错误的是(　　)
A.在含镍废水中离子的氧化性:Ni2+>H+
B.阳极上发生的电极反应为2Cl--2e-Cl2↑
C.电解过程中,NaCl溶液的浓度将不断降低
D.为提高Ni的回收率,电解中废水的pH应低于7.1
6.(2025·湖南名校联合体开学联考)某大学应用物理系的教授基于对钙钛矿结构的重新解读,提出钙钛矿晶格可作为构筑孤立活性位点的平台用于氧还原(ORR)选择性合成H2O2。电化学装置如图所示。下列叙述错误的是(　　)
A.质子(H+)由a极区向b极区迁移
B.a极为阳极,发生氧化反应
C.b极反应式为O2+2e-+2H+H2O2
D.相同时间内,a极生成的n(O2)等于b极消耗的n(O2)
7.(6分)利用惰性电极电解100 mL 0.05 mol·L-1 CuSO4溶液。
(1)阳极产生56 mL(标准状况下)气体时,所得溶液的pH为　　　(不考虑溶液体积变化),要使溶液恢复到电解前的状态,可加入　　　 g的　　　　物质。
(2)继续通电电解,此时被电解的物质为　　　　　　　　,若加入0.1 mol Cu(OH)2可使溶液复原,则电路中转移的电子为　　　　 mol。
(3)通电足够长时间,加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3可使溶液复原,则电路中转移电子为　　　　 mol。
层次2综合性
8.(2025·广东部分学校质检)港珠澳大桥的设计使用寿命高达120年,主要的防腐方法有①钢梁上安装铝片;②使用高性能富锌(富含锌粉)的底漆;③使用高附着性防腐涂料等。下列分析不正确的是(　　)
A.防腐涂料可以防水、隔离O2,降低腐蚀速率
B.防腐过程中铝和锌均作为负极,得到电子
C.钢铁在海水中发生吸氧腐蚀时正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-
D.方法①②③只能减缓钢铁腐蚀,不能完全消除铁的腐蚀
9.(2023·上海卷)电解食盐水间接氧化法去除工业废水中氨氮的原理如图所示,通过电解氨氮溶液(含有少量的NaCl),将NH3转化为N2(无Cl2逸出),下列说法正确的是(　　)
A.M电极为负极 B.N电极附近pH不变化
C.n(N2)10.(2023·辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示,其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是(　　)
A.b端电势高于a端电势
B.理论上转移2 mol e-生成4 g H2
C.电解后海水pH下降
D.阳极发生反应:Cl-+H2O-2e-HClO+H+
11.(2024·湖北武汉硚口区统考)含硝酸盐的废水和乙二醇混合后电解可生成氨气和乙醇酸,原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.电解一段时间后,左室溶液中c(H+)增大
B.每转移2 mol电子,理论上应生成5.6 L NH3(标准状况)
C.消耗N与乙二醇的物质的量之比为1∶2
D.阴极电极反应式为N+8e-+9H+NH3↑+3H2O
层次3创新性
12.(8分)氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的基本化学工业,回答下列问题:
(1)工业电解饱和NaCl溶液的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　。
(2)氯碱工业中采取膜技术,若阳离子交换膜损伤会造成阳极能检测到O2,产生O2的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　。下列生产措施有利于提高Cl2产量、降低阳极O2含量的是　　　　(填字母)。
a.定期检查并更换阳离子交换膜
b.向阳极区加入适量盐酸
c.使用Cl-浓度高的精制饱和食盐水为原料
d.停产一段时间后,继续生产
(3)氯碱工业是高耗能产业,按如图装置将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上,且相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。
①图中装置Ⅰ和装置Ⅱ中属于原电池的是　　(填装置编号)。
②X的化学式为　　　　;Y在装置Ⅱ中发生的电极反应为　　　　　　　　　。
③图中氢氧化钠质量分数大小关系为a%　　　(填“>”“=”或“<”)b%。
第35讲　电解池　金属的腐蚀与防护
1.C　解析:锌比铜活泼,原电池中锌作负极,铜作正极,A错误;精炼铜的装置中,粗铜连接电源的正极作阳极,B错误;与电源正极连接的电极为阳极,与电源负极连接的电极为阴极,C正确;在铁片上镀锌,铁作阴极,连接电源的负极,锌作阳极,连接电源的正极,D错误。
2.B　解析:电解AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4溶液时有酸产生,溶液的pH降低;电解NaCl、KCl、CaCl2溶液时有碱产生,溶液的pH升高;电解HCl溶液时电解的是电解质本身,溶液中HCl减少,对应的H+减少,溶液的pH升高;电解KOH、HNO3溶液时相当于电解H2O,电解质浓度增大,对应的碱溶液碱性更强,酸溶液酸性更强。
3.B　解析:未标明气体状态,无法计算,A错误;与x极相连的电极上发生氧离子失电子生成氧气的氧化反应,x极为电源正极,B正确;b极上CO2发生的反应为CO2+2e-CO+O2-,C错误;在电场的作用下,电解质中阴离子移向阳极,由b极向a极移动,D错误。
4.C　解析:该装置为电解池,电能主要转化成化学能,还有部分转化为其他形式的能量,如热能等,A错误;M极氮元素化合价降低发生还原反应,即M极为阴极;N极氢元素化合价升高发生氧化反应,即N极为阳极,应选择惰性材料作阳极,而铜、锌作阳极时会优先发生氧化反应,B错误;M极上N2发生还原反应生成NH3,电极反应式为N2+6e-+6H+2NH3,C正确;没有指明标准状况,不能根据氢气的体积计算转移电子的物质的量,D错误。
5.C　解析:由题干信息和电解装置可知,铁棒作阴极,电极反应式为Ni2++2e-Ni,阴极上Ni2+优先放电,故在含镍废水中离子的氧化性:Ni2+>H+,A正确;石墨电极为阳极,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,B正确;Cl-由阴极室经过阴离子交换膜进入阳极室,根据电荷守恒可知,有多少Cl-被消耗就有多少Cl-由阴极室进入阳极室,故电解过程中,NaCl溶液的浓度基本不变,C错误;由题干信息可知,Ni2+在pH为7.1时开始沉淀,故为提高Ni的回收率,电解时废水的pH应低于7.1,D正确。
6.D　解析:根据电源正负极可知,a极为阳极,b极为阴极。电解池中,阳离子应向阴极定向移动,则质子(H+)由阳极区向阴极区迁移,A正确;a极为阳极,发生氧化反应,B正确;b极为阴极,发生还原反应:O2+2e-+2H+H2O2,C正确;根据电子守恒,b极上消耗2 mol O2时,a极上生成1 mol O2,D错误。
7.答案 (1)1　0.4　CuO(或0.62　CuCO3)
(2)水(或H2O)　0.4
(3)0.6
解析:(1)阳极生成O2 56 mL(标准状况)即0.002 5 mol,依据总反应式:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,溶液中生成0.01 mol H+,c(H+)=0.1 mol·L-1,pH=1;电解生成0.002 5 mol O2和0.005 mol Cu,故要使溶液复原可加0.005 mol CuO,质量为0.4 g,或加0.005 mol CuCO3,质量为0.62 g。
(2)继续通电电解,电解质溶液为H2SO4溶液,相当于电解的物质为H2O;加入0.1 mol Cu(OH)2可使溶液复原,相当于加入0.1 mol CuO和0.1 mol H2O,故转移电子为(0.1×2+0.1×2)mol=0.4 mol。
(3)Cu2(OH)2CO3相当于2CuO·H2O·CO2,故转移电子为0.2 mol×2+0.1 mol×2=0.6 mol。
8.B　解析:钢是铁碳合金材料,表面接触空气和水蒸气易形成原电池发生吸氧腐蚀,防腐涂料可以防水、隔离O2,从而降低吸氧腐蚀速率,A正确;铝和锌的金属活动性大于铁,故铝和锌均作为负极,失去电子,保护了铁,B错误;钢铁在海水中发生吸氧腐蚀时,正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,C正确;方法①②③只能减缓钢铁腐蚀,不能完全消除铁的腐蚀,D正确。
9.C　解析:该装置为电解池装置,在M电极上氯离子失去电子生成氯气(无Cl2逸出),然后氯气将氨氧化为氮气,氯气又被还原为氯离子,该过程中氯离子相当于催化剂,M电极为阳极,阳极区的总反应式为2NH3-6e-N2↑+6H+,A错误;N电极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,故N电极附近pH增大,B错误;阳极区的总反应式为2NH3-6e-N2↑+6H+,阴极的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,根据电路中电子转移守恒可知,生成的氢气更多,C正确;在阳极上氯离子失去电子生成氯气,然后氯气又被氨还原为氯离子,结合电解池总反应可知,电解后氯离子浓度不可能上升,D错误。
10.D　解析:H2为还原产物,故钛箔为电解池的阴极,钛网为阳极。阳极连接电源正极,阴极连接电源负极,故a端电势高于b端电势,A项错误;电解时,阳极反应式为Cl-+H2O-2e-HClO+H+,阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,总反应式为Cl-+H2OClO-+H2↑,理论上转移2 mol e-生成2 g H2,B项错误、D项正确;流动海水电解后,海水中含有NaClO,NaClO为强碱弱酸盐,pH不会下降,C项错误。
11.A　解析:由图可知,N在左侧电极得到电子发生还原反应生成NH3,左侧电极为阴极,电极反应式为N+8e-+9H+NH3↑+3H2O,D正确;HOCH2CH2OH在右侧电极失去电子发生氧化反应生成HOCH2COOH,右侧电极为阳极,电极反应式为HOCH2CH2OH-4e-+H2OHOCH2COOH+4H+,假设反应转移了0.8 mol电子,则左侧消耗0.9 mol H+,右侧生成0.8 mol H+通过质子交换膜进入左侧,则左室溶液c(H+)减小,A错误;根据阴极反应式可知,每转移2 mol电子,生成0.25 mol NH3,标准状况下的体积为0.25 mol×22.4 L·mol-1=5.6 L,B正确;由阴、阳极反应式可知,消耗N与乙二醇的物质的量之比为1∶2,C正确。
12.答案 (1)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
(2)4OH--4e-O2↑+2H2O　abc
(3)①装置Ⅱ　②Cl2　H2-2e-+2OH-2H2O　③<
解析:(1)工业电解饱和NaCl溶液生成氢氧化钠、氯气、氢气,该反应的化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。
(2)氯碱工业中采取膜技术,若阳离子交换膜损伤会造成阳极能检测到O2,原因是阳极氢氧根离子失电子得到氧气,产生O2的电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑。下列生产措施有利于提高Cl2的产量、降低阳极O2含量的是a.定期检查并更换阳离子交换膜,减少阳极产生氧气的机会;b.向阳极区加入适量盐酸,降低氢氧根离子的浓度;c.使用Cl-浓度高的精制饱和食盐水为原料,提高氯离子的浓度。
(3)①图中装置Ⅰ是电解池,电解饱和食盐水,装置Ⅱ是燃料电池,Y是氢气,属于原电池的是装置Ⅱ;②装置Ⅰ的左端是阳极,发生反应:2Cl--2e-Cl2↑,X的化学式为Cl2;装置Ⅱ是燃料电池,Y是氢气,氢气在装置Ⅱ中发生氧化反应生成水,电极反应式为H2-2e-+2OH-2H2O;③装置Ⅱ中通氧气的一极为正极,环境是NaOH溶液,因此正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,产生NaOH浓溶液,图中氢氧化钠的质量分数a%21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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