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2019高考化学二轮复习小题狂做专练十八电解池金属的腐蚀与防护

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高中化学审核员

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                            18  电解池 金属的腐蚀与防护


    主要考查电解池的工作原理、电解产物的判断及相关电极反应的书写、电解的规律及有关计算、电解原

理的应用。


     1.【2018北京卷】验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。

                 ①                          ②                            ③


        在Fe表面生成蓝色沉淀                  试管内无明显变化                    试管内生成蓝色沉淀

     下列说法不正确的是(   )

     A.对比②③,可以判定Zn保护了Fe

     B.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化

     C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法

     D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼

     2.【2017新课标2卷】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:A3++3e−===Al

    D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动

    3.【2018新课标3卷、节选】KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题:

    (1)KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。

     ①写出电解时阴极的电极反应式________________________。

     ②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为___________,其迁移方向是______________。

     ③与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处有__________________________________写出

一点)。
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     4.【2018新课标1卷、节选】焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答

下列问题:

    (1)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳

极的电极反应式为_____________________________。电解后,_______室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进

行结晶脱水,可得到Na2S2O5。


     5.【2017江苏卷、节选】铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为

原料制备铝的一种工艺流程如下:


     注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

    (1)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是_______________________

____。 

    (2)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。


     阳极的电极反应式为_____________________,阴极产生的物质A的化学式为____________。 
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    1.【2018哈尔滨中学一模】如图所示,某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业的原理和粗铜精炼的

原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜。下列有关说法正确的是(   )


    A.反应一段时间后,乙装置中生成的氢氧化钠在铁极区

    B.乙装置中铁电极为阴极,电极反应式为Fe−2e−===Fe2+

                                                 −          −
    C.通入氧气的一极为负极,发生的电极反应为O2+4e                   +2H2O===4OH

    D.反应一段时间后,丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变

    2.【2018辽宁实验中学第三次月考】某实验小组设计如图实验装置探究电化学原理,装置Ⅰ中Zn电极产

生ZnO,下列说法正确的是(   )


     A.Cu电极质量增加

     B.装置Ⅱ将化学能转变为电能

     C.装置Ⅰ中OH−向多孔电极移动

                                  −          −
     D.多孔电极的电极反应式为O2+4e            +2H2O===4OH

    3.【2018衡水金卷高三大联考】某科研小组模拟“人工树叶”电化学装置如图所示,该装置能将H2O和CO

2转化为糖类(C6H12O6)和O2,X、Y是特殊催化剂型电极,已知:装置的电流效率等于生成产品所需的电子数与电

路中通过总电子数之比。下列说法错误的是(   )


    A.该装置中Y电极发生氧化反应

                                 +    −
    B.X电极的电极反应式为6CO2+24H          +24e ===C6H12O6+6H2O

                                                   +
    C.理论上,每生成22.4L(标准状况下)O2,必有4mol H               由X极区向Y极区迁移

                         −
    D.当电路中通过3mol e       时,生成18g C6H12O6,则该装置的电流效率为80%

    4.【2018湖北部分重点中学高三起点考试】在通电条件下,用如图所示装置由乙二醛(OHC—

CHO)制备乙二酸(HOOC—COOH)。其制备反应为OHC—CHO+2Cl2+2H2O                HOOC—COOH+4HCl。下列说法正确的是
                                                        ―→
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    A.理论上,每消耗0.1mol乙二醛在Pt(1)极放出2.24L气体(标准状况)

                               −  −
    B.Pt(1)极的电极反应式为4OH         −4e ===2H2O+O2↑

    C.理论上,每得到1mol乙二酸将有2mol H+从右室迁移到左室

    D.盐酸起提供Cl−和增强导电性的作用

    5.【2018天津中学高三上学期二次月考】化学在环境保护中起着十分重要的作用,电化学降解NO−3的原

理如图所示。下列说法不正确的是(   )


    A.A为电源的正极

    B.溶液中H+从阳极向阴极迁移

                                      +   −
    C.Ag−Pt电极的电极反应式为2NO−3+12H         +10e ===N2↑+6H2O

    D.电解过程中,每转移2mol电子,则左侧电极就产生32g O2

    6.【2018四川德阳三校联考】某化学课外活动小组拟用铅蓄电池为直流电源,进行电絮凝净水的实验探

究,设计的实验装置如图所示,下列叙述不正确的是(   )


    A.X为金属Pb,Y为PbO2

    B.电解池阳极上被氧化的还原剂有Al和H2O

    C.电解池的总反应为2Al+6H         O   电解     2Al(OH) +3H ↑ 
                             2 = = = = =       3  2

    D.每消耗103.5g Pb,理论上电解池阴极上有0.5mol H2生成

    7.【2018辽宁五校协作体联合模拟】双隔膜电解池的结构示意简图如图所示,用该装置电解硫酸钠溶液

,下列有关电解原理的判断正确的是
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    A.c隔膜为阳离子交换膜,d隔膜为阴离子交换膜

    B.A溶液为NaOH溶液,B溶液为硫酸

    C.a气体为氢气,b气体为氧气

    D.该电解反应的总方程式为2Na            SO +6H O  电解     2H SO +4NaOH+O ↑+2H ↑
                                2 4   2 = = = = =  2  4       2     2

    8.【2018郑州一中入学测试】电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液可以制取氢气,其装置如图所示(电解池中

隔膜仅阻止气体通过,阴、阳极均为惰性电极)。下列有关说法中不正确的是(   )


    A.电解过程中b极附近溶液碱性明显增强

    B.溶液中的OH−逐渐向a极区附近移动

    C.若在b极产生标准状况下224mL氢气,则消耗尿素2g

                                   −   −     -
    D.a极的电极反应式为CO(NH2)2+8OH         −6e ===CO23 +N2↑+6H2O

    9.【2018河南南阳一中5月考试】FeCl3具有净水作用,但腐蚀设备,所以工业上常选用电浮选凝聚法处

理污水。其原理是保持污水的pH在5.0~6.0之间,通过电解生成Fe(OH)3沉淀。某课外兴趣小组用电浮选凝聚

法处理污水,设计如图所示装置示意图。


    (1)氯化铁能用作水处理剂的原因是                                                       

(用离子方程式及必要的文字说明)。

    (2)实验时若污水中离子浓度较小,导电能力较差,产生气泡速率缓慢,无法使悬浮物形成浮渣。此时

,应向污水中加入适量的       (填序号)。

    A.BaSO4          B.CH3CH2OH           C.Na2SO4            D.NaOH

    (3)电解池阳极发生了两个电极反应,其中一个反应生成一种无色气体,则阳极的电极反应式分别是:

Ⅰ.                        ,Ⅱ.                                。

    (4)电极反应Ⅰ和Ⅱ的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是                          。
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    (5)该燃料电池以熔融碳酸盐为电解质,CH4为燃料,空气为氧化剂,稀土金属材料为电极。为了使该

    燃料电池长时间稳定运行,电池的电解质组成应保持稳定,电池工作时必须有部分A物质参与循环(见图)

。A物质的化学式是                        。

    10.【2018衡水中学周练】为实现废旧普通干电池中锌与MnO2的同时回收,某研究小组设计了如图1的工

艺流程和如图2的实验探究装置:


     回答下列问题:

     (1)普通锌锰干电池放电时被还原的物质是           

,用离子方程式解释其被称为“酸性”电池的原因:                                                                       

。

    (2)用稀硫酸酸浸时发生的化学反应方程式为                           

;若滤液中c(ZnSO4)略大于c(MnSO4),据此判断粉碎的重要作用是                                                        

。

    (3)燃料电池的优点是                                      

,图2是将两个甲烷燃料电池串联后作为电源,负极的电极反应为                                                 

。

    (4)闭合开关K后,铝电极上的产物是                                            ,一段时间后阳极附近溶液的pH    

(填“增大”“不变”或“减小”),电解ZnSO4、MnSO4的混合溶液的总反应方程式为                                       

。

    (5)假定燃料电池中每个负极消耗2.24L(标准状况下)CH4产生的能量均完全转化为电能,电解池中回收

制得19.5g单质Zn,电解池的能量利用率为                 。
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                                  答案与解析

    一、考点透视

    1.【答案】D

                                                                                         2+
    【解析】A项,对比②③,②Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]无明显变化,②Fe附近的溶液中不含Fe                                  ,

                                                               2+
③Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]产生蓝色沉淀,③Fe附近的溶液中含Fe                       ,②中Fe被保护,A项正确;B项

                                                     2+
,①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀,Fe表面产生了Fe                   ,对比①②的异同,①可能是K3[Fe(CN)6]将F

         2+                                                                            2+
e氧化成Fe    ,B项正确;C项,对比①②,①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀,①也能检验出Fe                              ,不

                                                                           2+
能用①的方法验证Zn保护Fe,C项正确;D项,由实验可知K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe                           ,将Zn换成Cu不能

用①的方法证明Fe比Cu活泼,D项错误;答案选D。

    2.【答案】C

    【解析】A.        根据原理可知,Al要形成氧化膜,化合价升高失电子,因此铝为阳极,故A说法正确;B. 

不锈钢网接触面积大,能增加电解效率,故B说法正确;C. 

                                          +          +   −
阴极应为阳离子得电子,根据离子放电顺序应是H                     放电,即2H    +2e  =H2↑,故C说法错误;D. 

根据电解原理,电解时,阴离子移向阳极,故D说法正确。

                           −      −         +
    3.【答案】(1)①2H2O+2e       ===2OH +H2↑;②K  ;由a到b;③产生Cl2易污染环境等

                                                                                          −
    【解析】(3)①由图示,阴极为氢氧化钾溶液,所以反应为水电离的氢离子得电子,反应为2H2O+2e

      −
===2OH +H2↑。②电解时,溶液中的阳离子应该向阴极迁移,明显是溶液中大量存在的钾离子迁移,方向为

由左向右,即由a到b。③KClO3氧化法的最大不足之处在于,生产中会产生污染环境的氯气。

                          -     +
    4.【答案】(1)2H2O-4e        ===4H +O2↑;a    

    【解析】(1)根据阳极氢氧根放电               ,阴极氢离子放电,结合阳离子交换膜的作用解答;阳极发生失去

                                                                -     +
电子的氧化反应,阳极区是稀硫酸,氢氧根放电,则电极反应式为2H2O-4e                              ===4H +O2↑。阳极区氢离子增大

,通过阳离子交换膜进入a室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸钠。阴极是氢离子放电,氢氧根浓度增大,与亚硫酸

氢钠反应生成亚硫酸钠,所以电解后a室中亚硫酸氢钠的浓度增大。

    5.【答案】(1)石墨电极被阳极上产生的氧气氧化  

                      −
    (2)4CO23−+2H2O−4e ===4HCO−3+O2↑;H2  

    【解析】结合流程及题中信息可知,铝土矿在碱溶时,其中的氧化铝和二氧化硅可溶于强碱溶液,过滤

后,滤液中偏铝酸钠与碳酸氢钠反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸钠,氢氧化铝经灼烧后分解为氧化铝,最后电
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解熔融的氧化铝得到铝。碳酸钠溶液经电解后可以再生成碳酸氢钠和氢氧化钠进行循环利用。(3)电解I过

程中,石墨阳极上氧离子被氧化为氧气,在高温下,氧气与石墨发生反应生成气体,所以,石墨电极易消耗

的原因是被阳极上产生的氧气氧化。(4)由图中信息可知,生成氧气的为阳极室,溶液中水电离的OH−放电

                                        +                                        −
生成氧气,破坏了水的电离平衡,碳酸根结合H                    转化为HCO−3,所以电极反应式为4CO23−+2H2O−4e         ===4HCO−3+O2

↑,阴极室氢氧化钠溶液浓度变大,说明水电离的H+放电生成氢气而破坏水的电离平衡生成大,所以阴极产

生的物质A为H2。


    二、考点突破

    1.【答案】A

    【解析】甲装置为甲醚燃料电池,通入氧气的一极发生还原反应,为电池的正极,通入甲醚的一极为电

池的负极;乙装置为电解饱和氯化钠溶液的装置,根据串联电路中,电子的流动方向,可知Fe电极为阴极,C

                                                                                       −
极为阳极;丙装置为电解精炼铜的装置,粗铜为阳极,纯铜为阴极。乙装置中Fe极发生反应:2H2O+2e                                      ===H2

↑+2OH−,所以反应一段时间后,装置中生成的氢氧化钠在铁极区,A项正确,B项错误;通入氧气的一极发生

                                                  −      −
还原反应,为原电池的正极,发生的电极反应为O2+2H2O+4e                    ===4OH ,C项错误;丙装置中,粗铜极除了铜发

生氧化反应外,活动性在铜前面的金属也要发生氧化反应,但是在纯铜极,除铜离子被还原外,没有其他离

子能被还原,根据得失电子数相等,可知硫酸铜溶液浓度减小,D项错误。

    2.【答案】D

    【解析】根据题图及装置Ⅰ中Zn电极产生ZnO,知装置Ⅰ中Zn电极上发生氧化反应:Zn−2e−+2OH−===ZnO+

H2O,装置Ⅰ为原电池,装置Ⅰ中的Zn电极为负极,多孔电极为正极,装置Ⅱ为电解池,Cu电极与装置Ⅰ中的

多孔电极相连,则Cu电极为阳极,Cu电极上发生反应:Cu−2e−===Cu2+,故Cu电极质量减小,A项错误;装置Ⅱ

为电解池,将电能转变为化学能,B项错误;装置Ⅰ中OH−向负极(Zn电极)移动,C项错误;多孔电极为正极,

                                             −          −
正极上O2得电子,发生还原反应,电极反应式为O2+4e                   +2H2O===4OH ,D项正确。

    3.【答案】C

    【解析】根据装置图可知,X与电源的负极相连,为阴极,Y与电源的正极相连,为阳极,阳极上失去电

子,发生氧化反应,A正确;根据装置图可知二氧化碳在X电极上转化为C6H12O6,因此X电极的电极反应式为6C

      +   −                       +
O2+24H +24e ===C6H12O6+6H2O,B正确;H 由Y极区向X极区迁移,C错误;生成C6H12O6的物质的量是18g÷180g·

mol-1=0.1mol,转移电子的物质的量是2.4mol,因此当电路中通过3mol 

e−时该装置的电流效率为2.4mol÷3mol×100%=80%,D正确。

    4.【答案】D

                                                        +  −
    【解析】Pt(1)极与电源负极相连,为阴极,电极反应式为2H                      +2e ===H2↑,理论上每消耗0.1 

mol乙二醛,电路中转移0.4mol电子,Pt(1)极放出4.48L 
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H2(标准状况),A、B项错误;理论上每得到1mol乙二酸,外电路中转移4mol电子,则在内电路中有4mol 

H+从右室迁移到左室,C项错误;由题图装置可知,制备乙二酸的反应为4HCl                               电解     2H ↑+2Cl ↑、OHC
                                                                  = = = = =  2      2

                                               −
—CHO+2Cl2+2H2O   HOOC—COOH+4HCl,故盐酸起提供Cl        和增强导电性的作用,D项正确。

    5.【答案】D

                                                                                 +   −
    【解析】根据题给电解装置图可知,Ag−Pt电极上NO-3                  转化为N2,发生还原反应:2NO−3+12H          +10e ===N2↑

+6H2O,则Ag−Pt电极作阴极,B为电源的负极,故A为电源的正极,A、C项正确;在电解池中阳离子向阴极移

               +                                                            −         +
动,所以溶液中H        从阳极向阴极迁移,B项正确;左侧电极为阳极,电极反应式为2H2O−4e                          ===O2↑+4H ,则每

转移2mol电子,左侧电极产生16g O2,D项错误。

    6.【答案】C

                                   −          −
    【解析】铁电极上放氢生碱(2H2O+2e            ===H2↑+2OH ),即铁电极上发生得电子的还原反应,铁为电解池的

阴极,与阴极相连的X极是铅蓄电池的负极Pb,Y为铅蓄电池的正极PbO2,A项正确。与铅蓄电池正极相连的铝

电极为电解池阳极,通过题图可知铝电极上既有铝离子生成,又有氧气放出,说明铝电极上发生的氧化反应

            −     3+       −         +
有两个:Al−3e    ===Al 、2H2O−4e ===O2↑+4H ,故阳极上铝和水失去电子被氧化,B项正确。由于该电解池阳

极存在两个竞争反应,故电解过程中电解池中实际上发生了两个反应:2Al+6H                             O   电解     2Al(OH) +3H ↑、
                                                                  2 = = = = =       3  2
2H O   电解     O ↑+2H ↑,C项错误。Pb的相对原子质量为207,103.5g 
  2 = = = = =  2    2
                                            −    -
Pb的物质的量为0.5mol,由铅蓄电池负极反应Pb−2e                +SO24 ===PbSO4知,0.5mol 

                                                         −          −
Pb给电路提供1mol电子的电量,再由电解池的阴极(铁)反应2H2O+2e                     ===H2↑+2OH ,得出有0.5mol 

H2生成,D项正确。

    7.【答案】D

    【解析】该电解池左边的电极为阳极,右边的电极为阴极,溶液中的阴离子通过c隔膜向阳极移动,阳离

                                                   −
子通过d隔膜向阴极移动,A项错误;阳极由水电离产生的OH                        发生氧化反应生成O2,a气体为氧气,生成的A溶

                             +
液为硫酸,阴极由水电离产生的H              被还原为H2,b气体为氢气,生成的B溶液为氢氧化钠溶液,B、C项均错误

。

    8.【答案】C

                                                −           −
    【解析】由题图知,b极为阴极,发生反应:6H2O+6e                 ===3H2↑+6OH ,故电解过程中b极附近溶液碱性增强

,A项正确;a极为阳极,电解池中阴离子向阳极移动,故溶液中的OH−逐渐向a极区附近移动,B项正确;若在

                                                                                     −    −
b极产生标准状况下224mL(0.01mol)氢气,则转移电子0.02mol,a极为阳极,发生反应:CO(NH2)2−6e                         +8OH ==

         2−                                                   −1
=N2↑+CO3  +6H2O,转移0.02mol电子时消耗尿素0.02mol×1/6×60g·mol             =0.2g,C项错误,D项正确。

                     3+                       +
    9.【答案】(1)Fe       +3H2O    Fe(OH)3(胶体)+3H  ,Fe(OH)3胶体能吸附并沉降水中悬浮的物质 

    (2)C 

              −     2+    −   −
    (3)Fe−2e   ===Fe  4OH −4e ===2H2O+O2↑ 

            2+                      +
    (4)4Fe   +10H2O+O2===4Fe(OH)3↓+8H  
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    (5)CO2

                             3+                      3+                        +
    【解析】(1)氯化铁中的Fe            水解形成氢氧化铁胶体:Fe            +3H2O    Fe(OH)3(胶体)+3H  ,氢氧化铁胶

体具有吸附性,能使水中的悬浮物沉降下来。(2)硫酸钡难溶于水;乙醇虽然溶于水,但乙醇为非电解质;

硫酸钠为强电解质,其水溶液导电能力强;NaOH能与Fe3+反应生成沉淀,故选C。(3)铁作阳极,阳极发生

                             −    2+                                   −   −
氧化反应,其中一个反应为Fe−2e             ===Fe ,另一个反应生成一种无色气体,则为4OH                −4e ===2H2O+O2↑。(4

            2+
)反应物为Fe      、O2、H2O,生成物之一为Fe(OH)3,根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒可知反应的离子

           2+                      +                                                     −
方程式为4Fe     +10H2O+O2===4Fe(OH)3↓+8H 。(5)燃料电池的正极上氧气得电子,先发生反应O2+2H2O+4e                    ===

4OH−,要使电池长时间运行,需使电池的电解质组成保持稳定,该燃料电池以熔融碳酸盐为电解质,欲使OH−
         -
转变为CO23    ,需通入CO2,所以A物质为CO2。

                                              +
    10.【答案】(1)MnO2;NH+4      +H2O    NH3·H2O+H  

    (2)Zn+MnO2+2H2SO4===ZnSO4+MnSO4+2H2O、Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑ 

增大锌粉与二氧化锰粉末的接触面积 

                                                      −    −      -
    (3)能量转换效率高、环境友好(答案合理即可) CH4−8e                    +10OH ===CO23 +7H2O 

    (4)锌(或Zn) 减小;Zn2++Mn2++2H       O   电解     Zn+MnO +4H+ 
                                   2 = = = = =      2
    (5)75% 

    【解析】(1)普通锌锰干电池的构造:外壳为锌筒,中间为石墨棒,其周围是由MnO2和NH4Cl等组成的糊

状填充物,还原剂锌在负极失去电子被氧化、氧化剂MnO2在正极得到电子被还原,电解质氯化铵水解(NH+4                                       +H

                +
2O     NH3·H2O+H )使电解质溶液呈酸性。(2)用稀硫酸酸浸时活泼金属锌与稀硫酸反应:Zn+H2SO4===ZnSO4

                                                                                    2+
+H2↑,由滤液中的溶质有ZnSO4和MnSO4可推知,在酸性溶液中强还原剂锌把强氧化剂MnO2还原为Mn                                :Zn+MnO

2+2H2SO4===ZnSO4+MnSO4+2H2O;由“滤液中c(ZnSO4)略大于c(MnSO4)”推断,粉碎的重要作用是增大锌粉与MnO

2粉末的接触面积,使上述两个反应中的第二个反应成为主要反应。(3)燃料电池的优点是能量转换效率高

                                                -        −     −     -
和环境友好等。碱性燃料电池中,甲烷的氧化产物为CO23                       ;CH4−8e +10OH ===CO23 +7H2O。(4)铝电极与通

甲烷的负极相连,铝电极为电解池的阴极,电解时溶液中的锌离子在阴极上得到电子被还原为单质锌:Zn2++

  −              2+                      2+  −              +
2e ===Zn。阳极上Mn     失去电子被氧化为MnO2:Mn        −2e +2H2O===MnO2+4H ,生成氢离子,阳极附近溶液的pH减

小。两个电极反应相加即为电解池总反应:Zn2++Mn2++2H                 O   电解     Zn+MnO +4H+。(5)燃料电池中:n(CH       )
                                                2 = = = = =      2                         4
    2.24 𝐿
          ‒ 1
=22.4 𝐿·𝑚𝑜𝑙 =0.1mol,由负极反应知消耗0.1mol甲烷失去0.8mol 
                      19.5 𝑔
                           ‒ 1
e−;电解池中:n(Zn)=65 𝑔·𝑚𝑜𝑙   =0.3mol,由阴极反应知生成0.3mol            Zn得到0.6mol    e−;能量利用率为

0.6𝑚𝑜𝑙
0.8𝑚𝑜𝑙×100%=75%。
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