2021版高考化学一轮总复习 第六章 化学反应与能量 课时提升作业 十九(A) 6.3

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课时提升作业十九
电解池金属的电化学腐蚀与防护(A)
(45分钟100分)
一、选择题(本题包括7小题，每小题6分，共42分)
1.(2022·威海模拟)下列描述错误的是( )
A.从海水中可以制取镁、溴、碘等物质
B.电解精炼铜(含少量Fe、Zn、Ag)的电解后溶液中，存在的金属阳离子只有Fe2+、Zn2+
C.电解饱和食盐水可以制取烧碱、氯气、氢气
D.在镀件上电镀铜，电镀过程中阳极削减的质量等于阴极增加的质量
【解析】选B。

海水中含有镁、溴、碘等元素，因此从海水中可以制取镁、溴、碘等物质，A正确；电解精炼铜(含少量Fe、Zn、Ag)的电解后溶液中，存在的金属阳离子除了有Fe2+、Zn2+外，还有铜离子，B错误；电解饱和食盐水阳极是氯离子放电，其产物是氯气，阴极是氢离子放电，其产物是氢气和氢氧化钠，C正确；镀铜时，待镀金属作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液，所以在镀件上电镀铜，电镀过程中阳极削减的质量等于阴极增加的质量，D正确。

2.(2022·铜川模拟)下列有关电化学的示意图中正确的是( )
【解析】选D。

选项A，Zn应为原电池负极，Cu为原电池正极。

选项B，盐桥两边的烧杯中盛装的电解质溶液应互换。

选项C，粗铜应连接电源正极。

选项D，电解饱和NaCl溶液，Cl-在阳极放电产生Cl2，溶液中的H+在阴极获得电子而产生H2，正确。

3.(2022·衡水模拟)肯定条件下，碳钢腐蚀状况与溶液pH的关系如下：
pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14
腐蚀快慢较快慢较快
主要产物Fe2+Fe 3O4Fe2O3Fe
下列说法不正确的是( )
A.在pH<4的溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀
B.在pH>6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀
C.在pH>14的溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2+4H++4e-2H2O
D.在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓【解析】选C。

A项，酸性较强条件下，碳钢主要发生析氢腐蚀，正确；B项，在pH>6的溶液中，酸性较弱，主要发生吸氧腐蚀，正确；C项，碳钢吸氧腐蚀的正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-，错误；D项，除去溶液中的O2后，腐蚀速率会减缓，正确。

【加固训练】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，延长糕点保质期
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】选D。

钢铁的吸氧腐蚀为放热反应，A错误。

脱氧过程，铁为负极，电极反应为Fe-2e-Fe2+；碳作正极，电极反应为2H2O +O2+4e-4OH-，B、C均错误。

依据电极反应可得电池反应为2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2，Fe(OH)2可连续被氧化：4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3，因此可得关系式：4Fe～3O2，1.12 g Fe完全反应最多可吸取O2336 mL(标准状况)，D正确。

4.铝阳极氧化处理后形成的氧化膜比铝的自然氧化膜耐磨性、耐腐蚀性及装饰性有明显的提高，工业中以铝为阳极，置于硫酸溶液中电解，装置如图所示，下列说法正确的是( )
A.阳极电极方程式为Al-3e-+6OH-Al2O3+H2O
B.随着电解的进行，溶液的pH渐渐增大
C.当阴极生成气体3.36 L(标准状况)时，阳极增重2.4 g
D.电解过程中H+移向铝电极
【解析】选C。

电解质为硫酸溶液，OH-不行能参与反应，A错误；依据原电池装置和题目信息可知电解总反应方程式为2Al+3H2O Al2O3+3H2↑，H2O削减，溶液的pH 渐渐减小，B错误；阴极反应为2H++2e -H2↑，H2的物质的量为3.36 L÷22.4 L·mol-1=0.15 mol，则转移电子为2×0.15 mol=0.3 mol，阳极反应为Al-3e -Al3+。

依据差量法进行计算：设阳极增重的质量为x。

2Al+3H2O Al2O3+3H2～6e-Δm
6 mol 48 g
0.3 mol x
=，解得x=2.4 g，即阳极增重2.4 g，C正确；依据电流的方向可知，阳离子移向阴极，所以H+移向石墨电极，D错误。

5.(2022·保定模拟)用Na2SO3溶液吸取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气理如图所示，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】选B。

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↑，破坏了四周的水的电离平衡，水连续电离，最终导致阴极区的c(OH-)增大，pH增大，溶液碱性增加；在阳极区，发生反应
S-2e-+H2O S+2H+。

溶液中的c(H+)增大，溶液的酸性增加，pH减小，B错误。

依据B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，吸取了SO2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。

6.用石墨作电极电解0.2 mol·L-1的NaCl和0.1 mol·L-1的MgSO4混合溶液时，下列曲线合理的是( )
【解析】选D。

依据2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，MgSO4+2NaOH
Mg(OH)2↓+Na2SO4，溶液起始及最终的pH均接近于7，沉淀量从起始至最终应是先渐渐增加，后保持不变，故D项正确。

【互动探究】(1)若将MgSO4改为Al2(SO4)3，则选______________项。

提示：D。

依据Al3++3OH —Al(OH)3↓知，Al3+不能完全沉淀，故沉淀变化图象为D；由于Al2(SO4)3水解溶液显酸性，随Al2(SO4)3浓度的减小，酸性减弱，A、B错误。

(2)若将MgSO4改为H2SO4，画出pH变化的曲线。

提示：依据放电挨次，开头阳极发生2Cl--2e -Cl2↑，阴极发生2H++2e -
H2↑，最终溶质为Na2SO4，再电解水，pH变化图象为
7.(力量挑战题)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0.6N A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】选A。

阳极开头产生Cl2，后产生O2，阴极开头产生Cu，后产生H2，依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0.6N A，A正确、B错误；阴极析出铜0.1 mol，即6.4 g，C错；电解后溶液的体积未知，故不能计算浓度，D错误。

【方法规律】解答电解题目的思路和方法
(1)分电极(推断阴、阳极)。

(2)析溶液(分析电解质溶液中含有哪些离子)。

(3)断微粒(确定在两极上反应的各是什么微粒)。

(4)写电极(书写电极反应方程式)。

(5)写方程(书写电解质电解的化学方程式)。

(6)算遵恒(计算要遵循电子守恒)。

二、非选择题(本题包括4小题，共58分)
8.(12分)(2022·安康模拟)Ⅰ.如图所示的是探究金属腐蚀条件的试验装置图，请分析试验并回答下列问题：
(1)若起始时甲、乙、丙3套装置的导管中液面高度相同，过一段时间后液面最高的是_____________________。

(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越__________(填“高”或“低”)，钢铁越易腐蚀。

(3)乙装置中发生电化学腐蚀时正极的电极反应式为_____________________。

Ⅱ.利用化学反应：2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2，请你选择合适的电极材料和电解质溶液，设计一个原电池。

可供选择的电极材料：铁棒、铜棒、石墨棒。

可供选择的电解质溶液：CuCl2溶液、FeCl2溶液、FeCl3溶液。

请填写下列空白：
(1)选择__________作正极材料，__________作负极材料；选择______________作电解质溶液。

(2)写出有关的电极反应式：
正极：__________________________________________________________；
负极：__________________________________________________________。

【解析】Ⅰ.(1)甲、乙、丙3套装置中的乙装置形成了原电池，铁作负极失电子，碳作正极，氧气得电子，使试管内压强降低，所以乙中导管中液面上升最高。

(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越高，越易形成原电池造成钢铁的腐蚀。

(3)乙装置形成了原电池，碳作正极，氧气得电子，电极反应式：2H2O+O2+4e -4OH―。

Ⅱ.把氧化还原反应2FeCl3+Cu2FeCl2+CuCl2拆成两个半反应：2Fe3++2e ―2Fe2+，还原反应，是正极的反应式；Cu-2e ―Cu2+，氧化反应，是负极的反应式；含Fe3+的溶液作电解液，活泼性不同的金属或非金属作两极，其中铜棒作负极。

答案：Ⅰ.(1)乙(2)高
(3)2H2O+O2+4e ―4OH―
Ⅱ.(1)石墨棒铜棒FeCl3溶液
(2)2Fe3++2e -2Fe2+Cu-2e -Cu2+
9.(14分)(2022·青岛模拟)电解原理在化学工业中有广泛应用。

如图表示一个电解池，装有电解液a，X、Y是两块电极板，通过
导线与直流电源相连。

请回答以下问题：
(1)若X、Y都是惰性电极，a是AgNO3溶液，试验开头时，同时
在两边各滴入几滴石蕊试液，则：
①电解池中Y电极上的电极反应式为_________________________________。

在Y电极四周观看到的试验现象是___________________________________；
检验该电极反应产物的方法是_______________________________________。

②X电极上的电极反应式为_________________________________________。

(2)如要用电解方法精炼粗镍，电解液a选用Ni(NO3)2溶液，则：①X电极的材料是________，电极反应式为__________，②Y极的材料是__________，电极反应式为__________。

(说明：杂质发生的电极反应不必写出)
【解析】(1)用惰性电极电解AgNO3溶液时，阳极反应：2H2O-4e -4H++O2↑；阴极反应：4Ag++4e -4Ag。

与电源正极相连的电极为阳极，反之为阴极。

所以X为阴极，Y为阳极。

Y电极在反应过程中消耗了H2O电离出的OH-，生成了H+，溶液呈酸性，加入石蕊试液显红色，Y电极产生氧气，能使带火星的木条复燃；X电极产生Ag。

(2)电解精炼Ni时，用粗镍作阳极，纯镍为阴极。

反应过程中阳极上的Ni以及比Ni活泼的金属失去电子，成为离子，进入溶液，活泼性比Ni差的金属形成阳极泥；在阴极只有Ni2+能得电子成为单质，其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。

依据装置图，X为阴极，Y为阳极，所以，X电极的材料是纯镍，电极反应式为
Ni2++2e -Ni；Y电极的材料是粗镍，电极反应式为Ni-2e -Ni2+。

答案：(1)①2H2O-4e -4H++O2↑有无色气体放出，溶液变红用带火星的木条检验，木条复燃
②4Ag++4e -4Ag
(2)①纯镍Ni2++2e -Ni
②粗镍Ni-2e -Ni2+
10.(14分)在一个U形管里盛有CuCl2溶液，并插入两块锌片作电极，按如图连接。

(1)假如把电键K接A，该装置应是________，Zn①极是________极，电极反应式为________________________，Zn②极是__________极，电极反应式为____
_________________________________________________________________。

(2)上述反应进行5 min后，转换电键K到C，则这个装置是________，Zn①极是________极，电极反应式是____________________________。

(3)上述装置反应进行2 min后，再转换电键K到B，则Zn①极发生的化学反应为_______________________________________________________________，
Zn②极发生的有关电化学的反应为___________________________________。

【解析】当电键K接触A点时，构成一个有外接直流电源的电解池装置，与电源正极相连的Zn①极是阳极，与电源负极相连的Zn②极是阴极。

当工作5 min后Zn②极上析出了Cu，此时，将电键K接触C点，构成一个原电池装置，表面掩盖铜的Zn②极是原电池的正极，Zn①极是原电池的负极，当把电键K接触B点时，形成断路，Zn①极发生Zn与CuCl2的置换反应，Zn②极由于在锌的表面有铜，又浸在CuCl2溶液中，发生电化学腐蚀。

答案：(1)电解池装置阳Zn-2e -Zn2+
阴Cu2++2e -Cu
(2)原电池装置负Zn-2e -Zn2+(3)Zn+CuCl 2ZnCl2+Cu
负极：Zn-2e -Zn2+，
正极：Cu2++2e -Cu
11.(18分)(力量挑战题)(2022·长沙模拟)铁元素及其化合物与人类的生产、生活息息相关，试回答下列问题：
(1)电子工业常用30%的FeCl3溶液腐蚀敷在绝缘板上的铜箔，制造印刷电路板，该反应的离子方程式为__。

(2)已知：Fe(s)+O2(g)FeO(s) ΔH=-272 kJ·mol-1
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1
2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221 kJ·mol-1
则高炉炼铁过程中FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) ΔH=__________。

(3)以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池，接受电解法制备Fe(OH)2，装置如图所示，其中P端通入CO2。

①石墨Ⅰ电极上的电极反应式为____________________________________。

②通电一段时间后，右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色。

则下列说法中正确的是__________(填序号)。

A.X、Y两端都必需用铁作电极
B.可以用NaOH溶液作为电解质溶液
C.阴极发生的反应是2H2O+2e -H2↑+2OH-
D.白色沉淀只能在阳极上产生
③若将所得Fe(OH)2沉淀暴露在空气中，其颜色变化为__________，该反应的化学方程式为______________________________________________________。

【解析】(1)Fe3+具有较强的氧化性，能够氧化Cu：2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+。

(2)①Fe(s)+O2(g)FeO(s) ΔH=-272 kJ·mol-1
②C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1
③2C(s)+O2(g)2CO(g) ΔH=-221 kJ·mol-1
依据盖斯定律，②-①-得：FeO(s)+CO(g)Fe(s)+CO2(g) ΔH=-11 kJ·mol-1 (3)①石墨Ⅰ电极上氢气发生氧化反应，石墨Ⅰ电极为负极，电极反应式为
H2-2e-+C CO2+H2O。

②制取Fe(OH)2则应使铁生成Fe2+，故铁电极应与电源的正极相连，故Y极必需是Fe，X极可以选石墨棒等作电极，A项错误；若选用NaOH溶液作电解质溶液，白色沉淀在阳极上产生，若选NaCl溶液作电解质溶液则沉淀在两极中间的溶液中产生，B项正确、D项错误；阴极反应为
2H2O+2e -H2↑+2OH-，C项正确。

③Fe(OH)2具有较强的还原性，在空气中由白色沉淀快速变成灰绿色，最终变成红褐色，反应的化学方程式为
4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3。

答案：(1)2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
(2)-11 kJ·mol-1
(3)①H2-2e-+C CO2+H2O
②B、C ③由白色沉淀快速变成灰绿色，最终变成红褐色
4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
【加固训练】(2022·惠州模拟)碘酸钾(KIO3)晶体是我国规定的食盐加碘剂。

它通常是以碘为原料与过量KOH溶液通过下列反应制得：3I2+6KOH5KI+KIO3+3H2O，再将KI和KIO3的混合溶液电解，将其中的I-转化为I，装置如图。

(1)在反应3I2+6KOH5KI+KIO3+3H2O中，氧化剂和还原剂的物质的量之比为
_______。

(2)电解前，将KI和KIO3混合溶液加入阳极区；将氢氧化钾溶液加入阴极区。

电解槽用水冷却。

电解时，阳极上的电极反应为_______________________；
阴极上得到的气体产物为________。

(3)某同学查资料获知：KIO3在酸性介质中与碘化物作用生成单质碘，该反应的离子反应方程式为I+5I-+6H +3I2+3H2O，为确定电解是否完成，需检验阳极区电解液中是否含有I-，该同学选用淀粉溶液和稀硫酸进行试验，其他仪器及用品自选，请完成其方案：
试验操作现象及结论
(4)电解完毕，从电解液中得到KIO3晶体的过程为
步骤①的操作名称_________________________________________________，
步骤④中洗涤晶体的目的___________________________________________。

【解析】(1)3I2+6KOH5KI+KIO3+3H2O，反应中碘元素化合价从0价变化为-1价和+5价，化合价降低的作氧化剂5/2I2～5KI～5e-，化合价上升的作还原剂，1/2I2～KIO3～5e-，氧化剂和还原剂的物质的量之比为5∶1。

(2)电解时，阳极上发生氧化反应，碘离子向阳极移动，在阳极上失去电子生成碘酸根离子，电极反应式为I-+6OH--6e -I+3H2O，阴极上氢离子放电生成氢气，电极反应2H++2e -H2↑。

(3)电解后的溶液区含有碘酸根离子，酸性条件下，碘离子和碘酸根离子能发生氧化还原反应生成碘单质，淀粉溶液遇碘变蓝色，所以试验方法是取少量阳极区电解液于试管中，加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉溶液，观看是否变
蓝；假如阳极区含有碘离子，加入稀硫酸后就有碘单质生成，淀粉溶液就会变蓝色，否则不变色。

(4)从电解溶液中析出晶体的方法是蒸发浓缩，冷却结晶；洗涤后的晶体有水分，所以要进行干燥；过滤后得到的晶体上吸附部分氢氧化钾等杂质，为得到较纯洁的碘酸钾晶体，所以要进行洗涤。

答案：(1)5∶1(2)I-+6OH--6e -I+3H2O H2
(3)试验操作：取少量阳极区电解液于试管中，加稀硫酸酸化后，加入几滴淀粉溶液，观看是否变蓝现象及结论：若不变蓝，说明没有I-，若变蓝说明含有I-(4)蒸发浓缩洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质
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