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第48练　可逆电池　金属的腐蚀与防护
一、 单项选择题
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1. 高电压水系锌—有机混合液流电池的装置如图所示。下列说法错误的是(　　)
A. 充电时，中性电解质NaCl的浓度增大
B. 放电时，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)
C. 充电时，1 mol FQH2转化为FQ转移2 mol电子
D. 放电时，正极区溶液的pH增大
2. (2024·南京、盐城一模)一种以钒基氧化物(V6O13)为正极材料的水系锌离子电池的工作原理如图所示。通过使用孔径大小合适且分布均匀的新型离子交换膜，可提高离子传输通量的均匀性，从而保持电池的稳定性。下列说法正确的是(　　)
A. 放电过程中，Zn2＋向Zn极一侧移动
B. 放电过程中，电子由Zn极经电解质溶液向V6O13极移动
C. 充电时，V6O13极与外接直流电源正极相连
D. 充电时，阳极发生的电极反应可能为V6O13＋xZn2＋＋2xe－===ZnxV6O13
3. 某有机物作电极材料的水系二次电池工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 放电时电能转化为化学能
B. 充电时a接电源正极
C. 充电时阴极电极反应为：＋2e－===
D. 放电时每转移1 mol e－，右室离子数目增加2 mol
4. LTO材料(Li4Ti5O12和Li4＋xTi5O12)是新型锂离子电池的核心材料之一，放电时的工作原理如图1所示(为方便表示，忽略原子半径大小)，LTO材料在充放电过程中的相互转化如图2所示，下列说法中正确的是(　　)
　　
A. KCl的有机溶液可以用KCl的水溶液代替
B. 每转移1 mol电子，正极材料质量减少7 g
C. 图2所示A→B的转化为放电时LTO材料中晶胞的变化
D. 充电时，阳极的电极方程式为Li＋＋e－===Li
5.
目前锌铁液流电池是电化学储能的热点技术之一。某酸碱混合锌铁液流电池的两极电解质分别呈酸性和碱性，其工作原理如图所示。下列有关说法不正确的是(　　)
A. 正极电解质呈酸性
B. 放电时，锌板上的电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===[Zn(OH)4]2－
C. 放电时，每转移1 mol电子，中间室内的溶液中将减少1 mol NaCl
D. 储能时，应将该电池的碳纸电极连接外接电源的正极
6. 我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na—CO2二次电池，有望为火星探测提供一种潜在电化学能源系统。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C。电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　)
A. 放电时，ClO移向电源的正极
B. 也可用NaClO4水溶液作为电解液
C. 充电时，阳极的电极反应式为：2CO＋C－4e－===3CO2↑
D. 充电时，消耗1 mol Na2CO3转移1 mol电子
7.
锂—空气动力电池存储的能量是目前常规电池的数倍，放电原理如题图(隔膜只允许Li＋通过)。下列关于锂—空气电池的有关说法正确的是(　　)
A. 放电时正极反应式Li－e－===Li＋
B. 充电时该电池将化学能转化成电能
C. 放电时的电池反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH
D. 充电时，“充电专用电极”接外电源的负极
8. 下列关于金属腐蚀和保护的说法正确的是(　　)
　　　　
A. 图甲、乙中钢闸门均为电子输入的一端
B. 图甲、乙中钢闸门上均主要发生反应：2H＋＋2e－===H2↑
C. 图甲是外加电流法，图乙是牺牲阳极法
D. 图丙中铜板打上铁铆钉后，铜板易被腐蚀
9.
(2025·姜堰、如东、沭阳三校联考)一种无需离子交换膜的新型氯流电池可用作储能设备(如图所示)，充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。下列说法不正确的是(　　)
A. 充电时，电极b是阴极
B. 充电时，每生成1 mol Cl2，电极a质量理论上增加46 g
C. 放电时，NaCl溶液的浓度增大
D. 放电时，电极b的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－
10. 下列有关说法正确的是(　　)
A. 中性环境微生物介导的铁循环过程，其部分过程见图，此环境下主要发生析氢腐蚀
B. 钢铁制品在潮湿空气中发生电化学腐蚀的负极反应式：Fe－3e－===Fe3＋
C. 以Zn、Fe为电极，以酸化的3% NaCl溶液作电解质溶液，连接成原电池装置，过一段时间，从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]溶液，观察现象，探究金属的电化学保护法
D. 将中间裹有锌皮的铁钉放在滴有酚酞的饱和NaCl溶液中，一段时间后观察铁钉周围溶液颜色变化，探究铁钉能发生吸氧腐蚀
11. 在一块表面无锈的钢片上滴食盐水，放置一段时间后看到钢片上有铁锈出现。钢片腐蚀过程中发生反应的总化学方程式为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A. 钢片发生还原反应而被腐蚀
B. 钢片腐蚀生成的铁锈可以保护内层的铁不被腐蚀
C. 钢片腐蚀过程中负极发生的电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D. 钢片里的铁和碳与食盐水形成了无数微小原电池，发生了电化学腐蚀
12. 全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图所示方法保护埋在弱碱性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的是(　　)
A. 钢质管道易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池
B. 这种方法称为牺牲阳极法
C. 钢管上的电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D. 也可用外接直流电源保护钢管，直流电源负极连接金属棒X
第48练　可逆电池　金属的腐蚀与防护
1. A　解析：高电压水系锌—有机混合液流电池工作原理为：放电时为原电池，金属Zn发生失电子的氧化反应生成Zn2＋，为负极，则FQ所在电极为正极，正极反应式为2FQ＋2e－＋2H＋===FQH2，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)；充电时电解池，原电池的正负极连接电源的正负极，阴阳极的电极反应与原电池的负正极的反应式相反，电解质中阳离子移向阴极、阴离子移向阳极。充电时装置为电解池，电解质中阳离子移向阴极、阴离子移向阳极，NaCl溶液中的钠离子和氯离子分别发生定向移动，即电解质NaCl的浓度减小，故A错误；放电时为原电池，金属Zn为负极，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，故B正确；充电时电解池，阳极反应为FQH2－2e－===2FQ＋2e－＋2H＋，则1 mol FQH2转化为FQ时转移2 mol电子，故C正确；放电时为原电池，正极反应式为2FQ＋2e－＋2H＋===FQH2，即正极区溶液的pH增大，故D正确。故选A。
2. C　解析：钒基氧化物(V6O13)为正极，则Zn极为负极，电池工作时，负极Zn失电子生成Zn2＋进入溶液，透过阳离子交换膜进入正极区；在正极，V6O13得电子产物与电解质反应生成ZnxV6O13。放电过程中，Zn极为负极，Zn失电子生成Zn2＋进入溶液，Zn2＋向正极一侧移动，A不正确；放电过程中，电子由Zn极沿导线向V6O13极移动，电子不能经过电解质溶液，B不正确；充电时，V6O13极作阳极，将ZnxV6O13转化为V6O13，与外接直流电源正极相连，C正确；充电时，阳极ZnxV6O13失电子生成V6O13和Zn2＋，发生的电极反应可能为ZnxV6O13－2xe－===V6O13＋Zn2＋，D不正确。故选C。
3. D　解析：放电时失去电子，发生氧化反应，生成，a为负极；b极I生成I－得电子，为正极。放电时化学能转化为电能，A错误；由题干可知，该结构为一种负极材料为固态聚酰亚胺—水系二次电池，则有机电极为负极发生氧化反应，充电时该极为电解池阴极，与电源负极相连，B错误；由图可知，充电时阴极反应式为＋2nH＋＋2ne－===，C错误；放电时，右侧电极为正极，发生还原反应：I＋2e－===3I－，则放电时每转移2 mol e－，右侧增加2 mol阴离子，同时有2 mol Li＋离子进入右室，右室离子数目增加4 mol，即每转移1 mol e－，右室离子数目增加2 mol，D正确。故选D。
4. C　解析：由图可知，放电时，锂电极为原电池的负极，锂失去电子发生氧化反应生成锂离子，LTO材料电极为正极，锂离子作用下Li4Ti5O12在正极得到电子发生还原反应生成Li4＋xTi5O12，充电时，与直流电源负极相连的锂电极做电解池的阴极，LTO材料电极做阳极。锂能与水反应生成氢氧化锂和氢气，所以氯化钾的有机溶液不能用氯化钾的水溶液代替，故A错误；由分析可知，放电时，LTO材料电极为正极，锂离子作用下Li4Ti5O12在正极得到电子发生还原反应生成Li4＋xTi5O12，则转移1 mol电子时，正极材料质量增加7 g，故B错误；由分析可知，放电时，LTO材料电极为正极，锂离子作用下Li4Ti5O12在正极得到电子发生还原反应生成Li4＋xTi5O12，则A→B的转化为放电时LTO材料中晶胞的变化，故C正确；由分析可知，充电时，与直流电源负极相连的锂电极做电解池的阴极，锂离子在阴极得到电子发生还原反应生成锂，电极反应式为Li＋＋e－===Li，故D错误。故选C。
5. C　解析：碳纸为正极，由于Fe3＋、Fe2＋与OH－会反应产生Fe(OH)3、Fe(OH)2沉淀，故正极电解质应呈酸性，A正确；放电时，锌板为负极，电极反应式为Zn＋4OH－－2e－===[Zn(OH)4]2－，B正确；当反应转移1 mol电子时，为维持电荷守恒，左室有1 mol Na＋通过阳离子交换膜进入中间室，右室有1 mol Cl－通过阴离子交换膜进入中间室内，导致中间室内的溶液中将增加1 mol NaCl，C错误；放电时，碳纸电极为正极，则在充电时，应将该电池的碳纸电极连接外接电源的正极，作阳极，发生氧化反应，D正确。
6. C　解析：由电池的总反应可知，放电时，钠电极是原电池的负极，钠失去电子发生氧化反应生成钠离子，电极反应式为Na－e－===Na＋，通入二氧化碳的镍电极是正极，二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成碳酸根和碳，电极反应式为3CO2＋4e－===2CO＋C，充电时，钠电极与直流电源的负极相连，做阴极，镍电极为阳极。由分析可知，放电时，钠电极是原电池的负极，通入二氧化碳的镍电极是正极，阴离子高氯酸根离子向移向负极，故A错误；钠易与水反应，所以不能用高氯酸钠水溶液作为电解液，故B错误；由分析可知，镍电极为阳极，碳在碳酸根离子作用下失去电子发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为2CO＋C－4e－===3CO2↑，故C正确；由电池的总反应可知，充电时，消耗1 mol碳酸钠转移2 mol电子，故D错误。故选C。
7. C　解析：由示意图可知，放电时，锂电极为原电池的负极，锂失去电子发生氧化反应生成锂离子，充电时，为电解池的阴极，与直流电源的负极相连；充入空气的一极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，充电时，充电专用电极与直流电源正极相连。由分析可知，放电时，锂电极为原电池的负极，锂失去电子发生氧化反应生成锂离子，电极反应式为Li－e－===Li＋，故A错误；充电时，该电池转化为电解池，将电能转化成化学能，故B错误；由分析可知，放电时，锂电极为原电池的负极，锂失去电子发生氧化反应生成锂离子，充入空气的一极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电池的总反应方程式为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，故C正确；由分析可知，充电时，充电专用电极与直流电源正极相连，故D错误。故选C。
8. A　解析：题图甲为原电池，钢闸门作正极，题图乙为电解池，钢闸门作阴极，原电池中电子从负极沿导线流向正极，电解池中电子从负极流向阴极、阳极流向正极，两图中的钢闸门都是电子的流入极，题图丙为吸氧腐蚀，据此分析。钢闸门被保护，为电子输入的一端，A正确；电解质溶液是海水，海水呈弱碱性，图甲是原电池，发生吸氧腐蚀，O2在钢闸门上得电子：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，图乙是电解池，H2O在钢闸门上得电子：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B错误；图甲有活泼金属，是牺牲阳极法，图乙有外接电源，是外加电流法，C错误；铁比铜活泼，铁作原电池的负极，故铜板打上铁铆钉后，铜板不易被腐蚀，D错误。故选A。
9. A　解析：充电时，电极a的反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，则电极a是阴极，电极b是阳极，A错误；由得失电子守恒知，充电时，电极b生成1 mol Cl2，转移2 mol电子，电极a上增加的质量为反应的Na＋的质量，理论上增加46 g，B正确；放电时，电极a为原电池的负极：Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，电极b为正极：Cl2＋2e－===2Cl－，NaCl溶液的浓度增大，C、D正确。
10. C　解析：中性环境中，Fe发生吸氧腐蚀，A错误；钢铁制品在潮湿空气中发生电化学腐蚀，其负极反应式为：Fe－2e－===Fe2＋，B错误；该原电池装置中，Fe作正极被保护，从Fe电极区域取少量溶液于试管中，再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6]溶液，没有特征蓝色沉淀生成，该方案能用于探究金属的电化学保护法，C正确；Zn比Fe活泼，Zn作负极，铁钉被保护，未发生吸氧腐蚀，该方案不能用于探究铁钉的吸氧腐蚀，D错误。故选C。
11. D　解析：结合题图知Fe失电子，化合价升高，发生氧化反应，A项错误；铁锈结构疏松，不能保护内层金属，B项错误；钢片腐蚀时，Fe作负极，发生氧化反应Fe－2e－===Fe2＋，C项错误；钢片上的NaCl溶液为铁与碳形成原电池提供了电解质溶液，D项正确。故选D。
12. D　解析：　钢铁在潮湿的空气中能形成原电池，因而易发生电化学腐蚀，金属铁作负极，易被腐蚀，A正确；原电池的负极被腐蚀、正极被保护的方法称为牺牲阳极法，B正确；由于发生吸氧腐蚀，故正极上氧气放电，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；用外加直流电源法时，被保护的金属作阴极，故钢管应接直流电源的负极，通常正极连接惰性电极，比如碳棒，D错误。

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