人教版高考化学一轮复习课时规范练 第六章 化学反应与能量 电解池 金属的腐蚀与防护

课时规范练22 电解池金属的腐蚀与防护
一、选择题:本题共8小题,每小题只有一个选项符合题目要求。

1.环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒,一种制备方法为:使用惰性电极电解KCl溶液,用Cl-交换膜将电解液分为阴极区和阳极区,其中一区持续通入乙烯;电解结束,移出交换膜,两区混合发生反应:HOCH2CH2Cl+OH-
Cl-+H2O+C2H4O。

下列说法错误的是( )
A.乙烯应通入阴极区
B.移出交换膜前存在反应Cl2+H2O HCl+HClO
C.使用Cl-交换膜阻止OH-通过,可使Cl2生成区的pH逐渐减小
D.制备过程的总反应为H2C CH2+H2O H2↑+C2H4O
2.(湖北二模)科学家设计利用电化学原理回收CO2达到节能减排的目的,实验装置如图所示。

已知在碱性条件下,卤素单质可以将乙醇氧化为乙醛,一段时间后测得a电极有HCOO-生成,下列说法不正确的是( )
A.b极为负极
B.当电路中转移1 mol e-时,d极产生1 mol CH3CHO
C.e为阳离子交换膜、f为阴离子交换膜
D.a极的电极反应为CO2+2e-+H2O HCOO-+OH-
3.(河北邯郸三模)石墨烯是具有单层片状结构的新材料(如图),其厚度仅
有一个原子直径大小(约0.35 nm),可覆盖于金属表面,用于金属防腐。

下
列说法错误的是( )
A.所有金属腐蚀都是金属失去电子
B.一般环境中,金属腐蚀的正极反应:O2+2H2O+4e-4OH-
C.石墨烯防腐的原理是形成了性质稳定的合金
D.石墨烯防腐的缺点是一旦破损就会加速金属的腐蚀
4.糠醛氧化制备糠酸是综合利用糠醛资源的一个重要途径。

在直流电场作
用下,双极膜(BMP)将水解离为H+和OH-,并实现H+和OH-的定向通过。

工业
上用双极膜电解槽电解糠醛溶液同时制备糠醇和糠酸盐,电解
时,MnO2/MnO(OH)在电极与糠醛之间传递电子,电解过程如图所示,下列说
法不正确的是( )
A.A为直流电源的负极,糠醛在阴极表面得到电子被氧化为糠醇
B.通电时双极性膜将水解离为H+和OH-,H+向阴极室方向移动
C.生成糠酸盐的反应为+2MnO2+OH-+2MnO(OH)
D.电解时,阳极的电极反应为MnO(OH)-e-MnO2+H+
5.(湖北武汉质量检测)我国科技工作者设计以CoP和Ni2P纳米片为催化
电极材料,电催化合成偶氮化合物的新装置,如图所示(R代表烃基)。

下列
说法错误的是( )
A.硝基苯分子中所有原子可能共面
B.该离子交换膜是阴离子交换膜
C.电极a的电极电势低于电极b
D.阳极反应为RCH2NH2-4e-+4OH-RCN+4H2O
6.(辽宁葫芦岛二模)《Journal of Energy Chemistry》报道我国科学家设计的CO2熔盐捕获与转化装置如图。

下列有关说法正确的是( )
A.由图可知捕获CO2过程的初期发生了氧化还原反应
B.熔盐可用CCl4代替
C.d极的电极反应式C O32--4e-C+3O2-
D.转移1 mol电子该装置最终可捕获CO2 5.6 L(标准状况下)
7.用铁和石墨作电极电解酸性废水,可将废水中的P O43-以FePO4(不溶于水)的形式除去,其装置如图所示。

下列说法正确的是( )
A.若X、Y电极材料连接反了,则仍可将废水中的P O43-除去
B.X极为石墨,该电极上发生氧化反应
C.电解过程中Y极周围溶液的pH减小
D.电解时废水中会发生反应:4Fe2++O2+4H++4P O43-4FePO4↓+2H2O
8.电Fenton法是用于水体中有机污染物降解的高级氧化技术,反应原理如图所示。

电解产生的H2O2与Fe2+发生反应生成的羟基自由基(·OH)能氧化降解有机污染物。

下列说法错误的是( )
A.电源的A极为负极
B.与电源B极相连的电极反应为H2O-e-H++·OH
C.H2O2与Fe2+发生反应的方程式为H2O2+Fe2+[Fe(OH)]2++·OH
D.每消耗22.4 L O2(标准状况),整个电解池中理论上可产生的·OH的物质的量为2 mol
二、非选择题:本题共2小题。

9.(1)(全国Ⅱ卷,27节选)环戊二烯()可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2],结构简式为,后者广泛应用于航天、化工等领域中。

二茂铁的电化学制
备原理如图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF 溶液(DMF为惰性有机溶剂)。

该电解池的阳极为,总反应
为。

电解制备需要在无水条件下进行,原因为。

(2)(北京卷,27节选)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢,工作示意图如图。

通过控制开关连接K1或K2,可交替得到H2和O2。

①制H2时,连接。

产生H2的电极方程式
是。

②改变开关连接方式,可得O2。

③结合①和②中电极3的电极反应式,说明电极3的作用: 。

(3)(全国Ⅱ卷,28节选)CH4和CO2都是比较稳定的分子,科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化,其原理如下图所示:
①阴极上的反应式为。

②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1,则消耗的CH4和CO2体积比
为。

10.(1)电解法转化CO2可实现CO2的资源化利用。

电解CO2制HCOOH的原理示意图如图1。

图1
①写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应: 。

②电解一段时间后,阳极区的KHCO3溶液浓度降低,其原因
是。

①电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在(填“阴极室”或“阳极室”)。

②电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,其原
因: 。

③c(Na2FeO4)随初始c(NaOH溶液)的变化如图3,任选M、N两点中的一点,分析c(Na2FeO4)低于最高值的原
因: 。

参考答案
课时规范练22 电解池金属的腐蚀与防护
1.A 解析环氧乙烷的制备原理:Cl-在阳极被氧化生成Cl2,Cl2与水发生反应:Cl2+H2O HCl+HClO,HClO与乙烯发生加成反应生成HOCH2CH2Cl;阴极区
水电离出的H+放电生成氢气,同时产生OH-,电解结束,移出交换膜,两区混合反应:HOCH2CH2Cl+OH-Cl-+H2O+C2H4O。

根据分析:阳极区产生HClO,所以乙烯通入阳极区,A错误;阳极氧化生成的氯气会与水发生反应Cl2+H2O HCl+HClO,B正确;阳极区会产生HCl,使用Cl-交换膜阻止OH-通过,HCl的浓度不断增大,pH逐渐减小,C正确;该反应过程中KCl并没有被消耗,实际上是水和乙烯反应,总反应为
H2C CH2+H2O H2↑+C2H4O,D正确。

2.B 解析由题干中卤素单质可以将乙醇氧化为乙醛,可判断出d极发生了氧化反应,d极为阳极,则c极为正极,b极为负极,A正确;d极的电极反应为2I--2e-I2,溶液中发生反应:CH3CH2OH+I2+2OH-CH3CHO+2H2O+2I-,当电路中转移1mole-时,d极产生0.5molCH3CHO,B错误;a极上产生HCOO-,需要补充阳离子保持溶液呈电中性,所以e为阳离子交换膜,同理f为阴离子交换膜,C正确;a极上CO2转化为HCOO-,发生还原反应,电极反应为
CO2+2e-+H2O HCOO-+OH-,D正确。

3.C 解析金属元素没有负价,故金属单质只能失电子而被腐蚀,A正确;金属腐蚀在强酸溶液中为析氢腐蚀,弱酸或中性溶液中为吸氧腐蚀,一般环境中以弱酸或中性溶液为主,故主要发生吸氧腐蚀,正极反应为
O2+2H2O+4e-4OH-,B正确;由题意知石墨烯是覆盖于金属表面,未形成合
金,C错误;石墨烯层破损后,与金属形成原电池,金属为负极、石墨烯为正极,加快金属的腐蚀速率,D正确。

4.A 解析A为直流电源的负极,糠醛在阴极表面得到电子被还原为糠醇,A错误;根据同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,通电时双极性膜将水解离为H+和OH-,阳离子H+向负电荷较多的阴极室方向移动,B正确;在阳极室,糠醛失去电子被氧化为糠酸盐,发生的反应为+2MnO2+OH-+2MnO(OH),C正确;电解时,阳极上MnO(OH)失去电子发生氧化反应产生MnO2,所以阳极的电极反应为MnO(OH)-e-MnO2+H+,D正确。

5.C 解析苯为平面结构,硝基为平面结构,单键可旋转,故所有原子可能共面,A正确;a极的电极反应为RCH2NH2-4e-+4OH-RCN+4H2O,RCH2NH2发生氧化反应,电极a为阳极,消耗OH-,为保持电中性,右端OH-通过阴离子交换膜移向左端,该离子交换膜是阴离子交换膜,B正确、D正确;a为阳极,b 为阴极,电极a的电极电势高于电极b,C错误。

6.D 解析由图可知捕获CO2过程的初期CO2与O2-反应生成C O32-和C2O52-,元素化合价不变,为非氧化还原反应,A错误;CCl4不能导电,无法形成电解池,B错误;d极电极上C O32-得电子生成C,电极反应为C O32-+4e-C+3O2-,C 错误;碳元素的化合价由+4价变为0价,则转移1mol电子可捕获标准状况下5.6LCO2,D正确。

7.D 解析根据题意分析,X电极材料为铁,Y电极材料为石墨,若X、Y电极材料连接反了,铁就不能失电子变为离子,也就不能生成FePO4,A项错误;Y 电极材料为石墨,该电极发生还原反应,B项错误;电解过程中Y极上发生的反应为2H++2e-H2↑,氢离子浓度减小,溶液的pH变大,C项错误;铁在阳极失电子变为Fe2+,通入的氧气把Fe2+氧化为Fe3+,Fe3+与P O43-反应生成FePO4,D项正确。

8.D 解析Fe3+、O2在左侧电极得电子发生还原反应,所以电源的A极为负极,A正确;B是正极,与电源B极相连的电极发生氧化反应,电极反应为
H2O-e-H++·OH,B正确;根据图示,H2O2与Fe2+发生反应生成
[Fe(OH)]2+、·O H,反应方程式为H2O2+Fe2+[Fe(OH)]2++·OH,C正确;标准状况下,22.4LO2的物质的量为1mol,每消耗1molO2生成1molH2O2,根据
H2O2+Fe2+[Fe(OH)]2++·OH可知,1molH2O2和1molFe2+反应生成1mol·OH,每生成1molH2O2和1molFe2+需消耗3mole-,则阳极失去3mole-,生成
3mol·OH,整个电解池中理论上可产生4mol·OH,D错误。

9.答案(1)Fe电极Fe+2+H2↑[或Fe+2C5H6Fe(C5H5)2+H2↑]水会阻碍中间物Na的生成;水会电解生成OH-,进一步与Fe2+反应生成
Fe(OH)2
(2)①K12H2O+2e-H2↑+2OH-③制H2时,电极3发生反
应:Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O。

制O2时,上述电极反应逆向进行,使电极3得以循环使用
(3)①CO2+2e-CO+O2-②6∶5
解析(1)根据Fe的化合价升高为+2价可知,Fe发生氧化反应,故Fe作阳极;根据二茂铁的分子式可知,两个环戊二烯去掉2个H原子,再结合所给信息,可得总反应方程式为Fe+2+H2↑或Fe+2C5H6Fe(C5H5)2+H2↑。

有水存在的条件下,Na+不能得到电子生成Na,而是H2O得电子生成H2和
OH-,OH-会与Fe2+反应生成Fe(OH)2。

(2)①根据题图中电极3的转化关系可知,制H2时,连接K1。

碱性条件下,生成H2的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-。

③①中电极3反应式为Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O,消耗生成H2时产生的OH-。

而②中电极3的电极反应式为NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,补充生成O2所需的OH-,同时保证电极3得以循环使用。

(3)由题图可知,阳极上CH4转化成C2H6、C2H4、H2O:
2CH4-2e-+O2-C2H6+H2O,
2CH4-4e-+2O2-C2H4+2H2O。

阴极上CO2转化成CO和O2-:CO2+2e-CO+O2-。

相同条件下,气体的体积比等于气体的物质的量之比,若生成乙烯和乙烷的体积比为2∶1,则每生成2molC2H4、1molC2H6,转移电子10mol、消耗6molCH4,根据得失电子守恒可知消耗5molCO2。

则消耗的CH4和CO2的体积比为6∶5。

10.答案:(1)①CO2+H++2e-HCOO-(或CO2+HC O3-+2e-HCOO-+C O32-) ②阳极产生O2和H+,HC O3-浓度降低;部分K+迁移至阴极区
(2)①阳极室②防止Na2FeO4与H2反应使产率降低
③M点:c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢[或N点:c(OH-)过高,铁电极上有Fe(OH)3生成,使Na2FeO4产率降低]
解析(1)①CO2中的C元素为+4价,HCOO-中的C元素为+2价,1molCO2转化为HCOO-时,得2mole-。

②阳极上水放电,生成O2和H+,H+会与HC O3-反应使HC O3-减少,由电荷平衡可知,K+会移向阴极区,所以KHCO3溶液浓度降低。

(2)①根据题意,镍电极与电池的负极相连,为阴极,则镍电极有气泡产生是水电离出的H+得电子生成H2,阴极的电极反应为2H2O+2e-
H2↑+2OH-,阳极的电极反应为Fe-6e-+8OH-Fe O42-+4H2O,阳极室中OH-的消耗大于补充,因此电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在阳极室。

②Na2FeO4易被H2还原,因此电解过程中,须将阴极产生的H2及时排出,防止Na2FeO4与H2反应使产率降低。

③根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定,在M
点:c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢;根据题意若NaOH溶液浓度过高,铁电极区会产生红褐色物质,在N点:c(OH-)过高,铁电极上有Fe(OH)3生成,使Na2FeO4产率降低。