2020届高考化学总复习——第六章 课时跟踪练(二十一)

课时跟踪练(二十一)　电解池　金属的电化学腐蚀与防护

1．下图表示的是钢铁在海水中的锈蚀过程。以下有关说法正确的是(　　)

A．该金属腐蚀过程为析氢腐蚀

B．正极为C，发生的反应为氧化反应

C．在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀

D．正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

解析：钢铁中含有铁和碳，在潮湿的环境中构成原电池，铁作负极，碳作正极；A项，从图中看出，空气中的氧气减少，所以发生了吸氧腐蚀，错误；B项，碳作正极，发生的反应为还原反应，错误；C项，在酸性环境下，原电池的正极发生氢离子得电子的还原反应，析出氢气，即在酸性条件下发生的是析氢腐蚀，错误；D项，吸氧腐蚀时，氧气在正极发生得电子的还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故D正确；故选D。

答案：D

2．(2019·宜宾诊断)用粗硅作原料，熔融盐电解法制取硅烷原理如图。下列叙述正确的是(　　)

A．电源的B极为负极

B．可选用石英代替粗硅

C．电解时，熔融盐中Li＋向粗硅移动

D．阳极反应：Si＋4H－－4e－===SiH4↑

解析：根据该装置图，该装置为电解池，总反应为Si＋2H2===SiH4。H2生成H－，发生还原反应，Si发生氧化反应。根据电解池，阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应，故通入H2的那一极是阳极，故A是负极，B是正极。故A错误；阳极粗硅失电子，若换成石英，即SiO2，SiO2中Si已经是＋4价，无法再失电子，故B错误；电解时，熔融盐中Li＋向阴极移动，故C错误；阳极粗硅生成SiH4，故电极反应为Si＋4H－－4e－===SiH4↑，故D正确；故选D。

答案：D

3．载人空间站的生态系统中，要求分离人呼出的二氧化碳，同时需要提供氧气。某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求，同时还有燃料一氧化碳生成，该电化学装置中得电子的电极发生的反应是2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－。下列判断错误的是(　　)

A．上述电化学装置相当于电解池

B．上述装置进行的总反应为2CO2===2CO＋O2

C．反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性增强

D．失电子的电极发生的反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

解析：该电池是利用化学能转化为电能，符合电解池原理，所以上述电化学装置相当于电解池，故A正确；该电池中，阴极上电极反应式为2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－，阳极上氢氧根离子失电子生成氧气，得失电子相同条件下将两个电极反应式相加即得电池总反应式为2CO2===2CO＋O2，故B正确；阴极反应生成的OH－在阳极完全反应，电池总反应式为2CO2===2CO＋O2，所以反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性不变，故C错误；阳极上氢氧根离子失电子生成氧气供给呼吸，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故D正确。

答案：C

4．如图中X为电源，Y为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。下列判断正确的是(　　)

A．滤纸上c点附近会变红色

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．溶液中的SO向Cu电极定向移动

解析：紫红色斑即MnO向d端扩散，根据阴离子向阳极移动的原理，可知d端为阳极，即b为正极，a为负极，c为阴极，NaCl溶液中H＋放电，产生OH－，c点附近会变红色，A正确；电解硫酸铜溶液时，Pt为阳极，溶液中的OH－放电：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，Cu为阴极，溶液中的Cu2＋得电子，生成铜，总反应式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，Pt电极附近生成H＋，则SO向Pt电极定向移动，B、D不正确。随着电解的进行，Z中溶液变为硫酸溶液，继续电解则为电解水，硫酸浓度增大，pH减小，C不正确。

答案：A

5．用如图所示装置处理含NO的酸性工业废水，某电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，则下列说法错误的是(　　)

A．电源正极为A，电解过程中有气体放出

B．电解时H＋从质子交换膜左侧向右侧移动

C．电解过程中，右侧电解液pH保持不变

D．电解池一侧生成5.6 g N2，另一侧溶液质量减少18 g

解析：根据电极反应式可知，插入废水中的Pt电极为阴极，B为直流电源的负极，则电源正极为A，电解过程中有气体放出，A项正确；左侧电极为阳极，水电离出来的氢氧根离子在阳极放电生成氢离子，氢离子从质子交换膜左侧向右侧移动，B项正确；阳极电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，转移20 mol电子时，阳极生成20 mol氢离子，而阴极消耗24 mol氢离子，氢离子浓度减小，pH增大，C项错误；根据电极反应式，阳极电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，电解池阴极生成5.6 g N2，转移电子的物质的量为5.6 g÷28 g·mol－1×10＝2 mol；每有2 mol水电解转移4 mol电子，则阳极被电解的水的质量为1 mol×18 g·mol－1＝18 g，D项正确。

答案：C

6．把物质的量均为0.1 mol的CuCl2和H2SO4溶于水制成100 mL的混合溶液，用石墨作电极电解，并收集两电极所产生的气体，一段时间后在两极收集到的气体在相同条件下体积相同。则下列描述正确的是(　　)

A．电路中共转移0.6 NA个电子

B．阳极得到的气体中O2的物质的量为0.2 mol

C．阴极质量增加3.2 g

D．电解后剩余溶液中硫酸的浓度为1 mol·L－1

解析：阳极开始产生Cl2，后产生O2，阴极开始产生Cu，后产生H2，根据题意两极收集到的气体在相同条件下体积相同，则阴极产生0.2 mol H2，阳极产生0.1 mol Cl2和0.1 mol O2，则转移电子数为0.6 NA，A正确、B错误；阴极析出铜0.1 mol，即6.4 g，C错误；电解后溶液的体积未知，故不能计算浓度，D错误。

答案：A

7．用电解法可提纯含有某些含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是(　　)

A．阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

B．通电后阴极区附近溶液pH会增大

C．K＋通过交换膜从阴极区移向阳极区

D．纯净的KOH溶液从b口导出

解析：A项，阳极发生氧化反应，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A正确；B项，阴极发生还原反应，消耗氢离子产生氢气，必然会使溶液中氢离子浓度减小，所以溶液pH增大，B正确；C项，钾离子是通过交换膜从阳极移向阴极，这样才可以达到提纯氢氧化钾的作用，C错误；D项，纯净的KOH在阴极制得从b口排出，D正确。

答案：C

8．用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生原理如图所示，下列有关说法中不正确的是(　　)

A．X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极

B．阳极区pH增大

C．图中的b>a

D．该过程中的产品主要为H2SO4和H2

解析：由图可知与X电极相连的电极区发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，所以Pt(Ⅰ)为阴极，X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极，A正确。在阴极区由于发生反应2H＋＋2e－===H2↑，破坏了附近的水的电离平衡，水继续电离，最终导致阴极区的c(OH－)增大，pH增大，溶液碱性增强；在阳极区，发生反应SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋，HSO－2e－＋H2O===SO＋3H＋，溶液中的c(H＋)增大，溶液的酸性增强，pH减小，B错误。根据B选项的分析可知在阳极区由于不断产生硫酸，所以产生的硫酸的浓度比加入的硫酸的浓度要大，C正确。在反应的过程中，阳极区不断产生H2SO4，阴极区不断产生H2，阴极区得到的Na2SO3溶液则循环使用，因此该过程中的产品主要为H2SO4和H2，D正确。

答案：B

9．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是(　　)

A．原混合溶液中c(K＋)为0.2 mol·L－1

B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子

C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol

D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1

解析：石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu，2H＋＋2e－===H2↑。从收集到O2为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0．4 mol·L－1。

答案：A

10．(2019·景德镇模拟)(1)用间接电化学法除去NO的过程，如图所示：

已知电解池的阴极室中溶液的pH在4～7之间，写出阴极的电极反应式：________________________________________________。

用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理：______________

_____________________________________________________。

(2)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。

①用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图所示)，写出阳极产生ClO2的电极反应式：

_______________________________________________________

_____________________________________________________。

②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时，停止电解，通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为________mol；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因：_______

_____________________________________________________。

解析：(1)阴极发生还原反应，是亚硫酸氢根离子得电子生成S2O，电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋S2O＋2H2O；S2O与一氧化氮发生氧化还原反应，生成氮气和亚硫酸氢根，离子反应方程式为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO。

(2)①由题意可知，氯离子放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参加反应，同时生成氢离子，电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋。②在阴极发生2H＋＋2e－===H2↑，氢气的物质的量为0.005 mol，通过阳离子交换膜的阳离子为＋1价离子，通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.005 mol×2＝0.01 mol，电解时阴极H＋浓度减小，使得H2OOH－＋H＋的平衡向右移动，溶液的pH增大。

答案：(1)2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O　2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO

(2)①Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋

②0.01　在阴极发生2H＋＋2e－===H2↑，H＋浓度减小，使得H2OOH－＋H＋的平衡向右移动，OH－浓度增大，pH增大

11．利用电化学原理，将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，模拟工业电解法来处理含Cr2O废水，如图所示。电解过程中溶液发生反应：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。

(1)甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5，可循环使用。则石墨Ⅱ是电池的______极；石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为

_______________________________________________________

_____________________________________________________。

(2)工作时，甲池内的NO向________极移动(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”)；在相同条件下，消耗的O2和NO2的体积比为________。

(3)乙池中Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为____________________

____________________________________________________。

(4)若溶液中减少了0.01 mol Cr2O，则电路中至少转移了________mol电子。

解析：(1)根据图示知甲池为燃料电池，电池工作时，石墨Ⅰ附近NO2转变成N2O5，发生氧化反应，电极反应式为NO2＋NO－e－===N2O5；石墨Ⅱ是电池的正极，O2得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋2N2O5===4NO。

(2)电池工作时，电解质溶液中的阴离子移向负极，即甲池内的NO向石墨Ⅰ极移动；根据两极的电极反应式NO2＋NO－e－===N2O5、O2＋4e－＋2N2O5===4NO，根据得失电子守恒知，在相同条件下，消耗O2和NO2的体积比为1∶4。

(3)乙池为电解池，Fe(Ⅰ)棒为电解池的阳极，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋。

(4)根据反应Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O知，若溶液中减少了0.01 mol Cr2O，则参加反应的Fe2＋为0.06 mol，根据电极反应：Fe－2e－===Fe2＋知电路中至少转移了0.12 mol电子。

答案：(1)正　NO2＋NO－e－===N2O5

(2)石墨Ⅰ　1∶4　(3)Fe－2e－===Fe2＋

(4)0.12

12．(1)电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。

电化学降解NO的原理如图1，电源正极为____(填“A”或“B”)，阴极反应式为_____________________________________________

_____________________________________________________。

(2)如图2是一种用电解原理来制备H2O2，并用产生的H2O2处理废氨水的装置。

①为了不影响H2O2的产量，需要向废氨水中加入适量HNO3调节溶液的pH约为5，则所得溶液中c(NH)________c(NO)(填“>”“＜”或“＝”)。

 ②Ir－Ru惰性电极吸附O2生成H2O2，其电极反应式为

____________________________________________________。

③理论上电路中每转移3 mol e－，最多可以处理废氨水中溶质(以NH3计)的质量是________g。

(3)电解法也可以利用KHCO3使K2CO3溶液再生。其原理如图3所示，KHCO3应进入________室(填“阴极”或“阳极”)。

简述再生K2CO3的原理：__________________________________

_____________________________________________________。

解析：(1)由题给原理图可知，Ag－Pt电极上NO发生还原反应生成氮气，因此Ag－Pt电极为阴极，电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，则B为电源负极，A为电源正极。

(2)①溶液呈现电中性，c(NH)＋c(H＋)＝c(NO)＋c(OH－)，pH约为5呈酸性，即c(H＋)>c(OH－)，则c(NH)＜c(NO)；②Ir－Ru惰性电极吸附氧气，氧气得电子发生还原反应：O2＋2H＋＋2e－===H2O2；③4NH3＋3O2===2N2＋6H2O中，4 mol氨气转移12 mol电子，因此转移3 mol电子时，最多可以处理氨水中溶质NH3的物质的量为1 mol，其质量为17 g。

(3)根据题图所示，可知在阴极水电离产生的H＋获得电子变为氢气逸出，产生的OH－和HCO反应生成CO，使得K2CO3再生。

答案：(1)A　2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O

(2)①＜　②O2＋2H＋＋2e－===H2O2　③17

(3)阴极　在阴极水电离产生的H＋得电子生成H2，产生的OH－和HCO反应生成CO，使得K2CO3再生