人教版高中化学选择性必修1 第13周 电解原理金属的腐蚀与防护 练习（含答案）

第13周 电解原理 金属的腐蚀与防护
一、选择题（每小题3分）
1．下列过程中，将电能转化为化学能的是（ ）

A．干电池手电筒照明 B．在铁制品上镀铜 C．太阳能发电 D．人工智能机器人
2．电化学原理在日常生活中应用广泛，下列说法正确的是（ ）
A．在电解中与电源正极相连的是阴极
B．电解溶液可以得到金属
C．任何的氧化还原反应都可以设计成原电池
D．一般来说，带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高
3．某化学探究小组在水中滴加酚酞和铁氰化钾溶液，然后将1颗铁钉竖直浸在水中，几天后观察到铁钉A段部位周围的水变红色，铁钉下端(B部位)产生蓝色沉淀，如图所示，根据图示分析。下列说法正确的是（ ）
A．铁、碳、水构成大量的微小电池，在水面附近腐蚀最严重
B．铁钉A部位是负极：
C．以上实验现象证明发生的主要是吸氧腐蚀
D．最终得到的铁锈能覆盖在铁钉的表面，防止腐蚀继续发生
4．下列实验装置，能达到实验目的的是（ ）
A．用装置甲设计铜锌原电池
B．用装置乙定量测定的分解速率
C．用装置丙采集到的压强数据判断铁钉发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀
D．用装置丁制备并能较长时间观察其颜色
5．可采用外加电流的阴极保护法防止金属腐蚀(如图所示)，下列说法正确的是（ ）
A．海水属于电解质
B．辅助阳极上发生氧化反应
C．工作时，海水中的向钢闸门迁移
D．工作时，外电路电子的流动方向为M→海水→N
6.氯碱工业和电解精炼铜是工业上电解原理的重要应用，其示意图如图所示，下列有关说法正确的是（ ）
A．M是电源的负极
B．电解精炼铜过程中硫酸铜溶液的浓度保持不变
C．F口产生的气体是氯气
D．电解精炼铜的纯铜与铁器表面电镀铜中的纯铜都是作阴极
7．室温条件下合成氨是科技工作者研究的热点。通过使用阳离子交换膜，电解酸性电解质溶液制备氨的部分反应原理和装置如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．电极电势：X>Y
B．a极的电极反应式为
C．电路中转移电子的数目与通过交换膜的离子的数目不相等
D．阴极消耗的质子数与阳极生成的质子数之比为5∶6
8．钠离子电池具有原材料丰富、成本低廉及安全环保等突出优点。某钠离子电池结构如图，下列说法正确的是（ ）
A．充电时，电极B应与外接直流电源的正极相连
B．充电时，外电路中每转移0.1mol电子，理论上硬碳的质量增加2.3g
C．放电时，电子由电极B经导线流向电极A，再经电解质流回电极B
D．放电时，正极电极反应式为
9．利用如图所示装置可实现有机物化学储氢，下列说法正确的是（ ）
A．若电源为铅酸蓄电池，则电极M应与PbO2电极相连
B．电极N上的电极反应式为2H2O+4e-=O2↑+4H+
C．该装置工作时，外电路中电子的流动方向为电极M→电解质溶液→电极N→电源
D．该装置工作时，存在非极性键的形成和极性键的断裂
10．研究发现，在常温常压下电催化和含氮物质(等)合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的溶液中通入至饱和，在电极上反应生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是(两电极均为惰性电极)（ ）
A．溶液为电解质
B．该装置工作时，主要由化学能转化为电能
C．阴极的电极反应式为
D．每生成，此时生成
11．电解脱硫的基本原理如图所示，利用电极反应将Mn2+转化成Mn3+，Mn3+再将煤中的含硫物质(主要是FeS2)氧化为Fe3+和。下列说法错误的是（ ）
A．Mn2+在阳极放电，发生氧化反应
B．电解过程中，混合溶液的pH值将减小
C．电解刚刚开始时，观察到阳极石墨棒上有无色气体产生
D．Mn3+氧化FeS2的离子方程式为FeS2+15Mn3++8H2O=Fe3++15Mn2++2+16H+
二、非选择题
12．（16分）化学电镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉淀在镀件表面形成镀层。回答下列问题。
(1)（8分）在钢铁制品表面镀铜可以有效地防止其腐蚀，电镀的装置如图所示。
①电镀装置图中的“直流电源”的a极为 极，写出Fe电极的电极反应式： 。
②接通电源前，装置图中的铜、铁两个电极质量相等，电镀完成后，将两个电极取出，用水小心冲洗干净、烘干，然后称量，二者质量之差为5.12g，则铁电极增加的质量为 g。
③上述铁镀件破损后，铁更容易被腐蚀。请简要说明镀件破损后，铁更容易被腐蚀的原因： 。
(2)（8分）氧化亚铜是杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂以及红色玻璃染色剂，利用如图所示装置制备氧化亚铜和精炼铜，已知：该粗铜中含有铁、碳、锌、银等杂质。
①乙池中电解后 (填“X”或“Y”)电极附近形成的阳极泥的主要成分是 。
②电压过高时，乙中可能会产生有刺激性气味的气体的原因是 (用电极反应式表示)。
③若该装置的能量转化率为60%，则当外电路转移电子的物质的量为2mol时可制得 g的Cu2O。
第13周 电解原理 金属的腐蚀与防护
B 【解析】干电池属于原电池，将化学能转化为电能，A错误；该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；太阳能发电是将光能转化为电能，C错误；人工智能机器人工作过程中需要电池提供能量，是将化学能转化为电能，D错误。
D 【解析】在电解中与电源正极相连的是阳极，A错误；在NaCl溶液中水电离出的H+放电能力强于Na+，在阴极水放电生成氢气，无法得到钠单质，应电解熔融NaCl得到金属Na，B错误；能自发进行的氧化还原反应，反应过程中存在电子转移，一般能设计成原电池，但也需考虑反应速率快慢，是否有合适的电极材料、电解质溶液等故不是任何的氧化还原反应都可以设计成原电池，C错误；一般来说，带有盐桥的原电池，能减少负极和电解质溶液直接接触反应，比不带盐桥的原电池效率高，D正确。
C 【解析】水变红色说明反应生成氢氧根离子，蓝色沉淀是亚铁离子和铁氰化钾溶液反应产生的，则说明铁钉在溶解有氧气的中性溶液中发生了吸氧腐蚀:铁钉下端(B部位)铁失去电子被氧化为亚铁离子被腐蚀；水中溶解氧从铁钉A段部位的碳上结合电子被还原为氢氧根离子，氢氧根粒子和亚铁离子结合成氢氧化亚铁，并进一步形成铁锈。金属的腐蚀为金属原子失去电子被氧化成离子的过程，已知铁钉A段部位周围的水变红色，则A端水中溶解氧从铁钉的碳上结合电子被还原为氢氧根离子，为正极，铁钉下端(B部位)产生蓝色沉淀，则B端铁失去电子生成亚铁离子被腐蚀，故铁钉下端(B部位)腐蚀最严重，A错误；根据分析，铁钉B部位是负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，铁钉A段部位为正极，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，B错误；根据分析，以上实验现象证明发生的主要是吸氧腐蚀，C正确；铁锈通常疏松多孔，不能有效阻止腐蚀继续发生，D错误。
C 【解析】没有用盐桥形成闭合回路，无法设计成铜锌原电池，A不符合题意；生成的气体从长颈漏斗逸出，无法测定的分解速率，B不符合题意；装置中的压强增大则为析氢腐蚀，装置中的压强减小则为吸氧腐蚀，可以达到目的，C符合题意；Fe应该在阳极，装置中Fe在阴极无法产生氢氧化亚铁沉淀，D不符合题意。
B 【解析】钢铁闸门与电源负极连接为阴极，被保护，所以M电极是负极；与电源正极连接的电极为阳极，发生氧化反应，则N电极为正极。溶液中阳离子向阴极定向移动，阴离子向阳极定向移动，据此分析解答。海水为混合物，不属于电解质，A错误；由分析可知，辅助阳极上发生氧化反应，B正确；阴离子向阳极定向移动，则工作时，海水中的向辅助阳极迁移，C错误；电子不能进入电解质溶液中，因此装置工作时，电子的流动方向为从M极→钢铁闸门，然后由辅助阳极→N极，D错误。
C 【解析】氯碱工业中，通过电解饱和食盐水生产氯气、氢气和氢氧化钠，阳极发生反应为，阴极发生反应为，该装置用多孔隔膜分隔阴阳极，防止氯气、氢气混合爆炸，同时允许Na 迁移至阴极，维持电荷平衡，则M端与电解池阳极相连，N端与电解池阴极相连；电解精炼铜，利用电解法提纯粗铜，去除杂质（如Fe、Zn、Ni），阳极发生反应为（杂质优先溶解），阴极发生反应为，电解质为含Cu 的硫酸铜溶液，需定期补充，据此分析作答。由分析可知，M端与电解池阳极相连，则M是电源的正极，A错误；电解精炼铜过程中，阳极会有其他杂质参与反应，阴极一直是Cu2+参与反应，则铜离子会消耗，硫酸铜溶液的浓度下降，需定期补充，B错误；M端与电解池阳极相连，阳极发生反应为，则F口产生的气体是氯气，C正确；电镀铜时，纯铜必须作为阳极，铁器作为阴极，D错误。
D 【解析】由a极氮元素化合价降低可知a极为阴极，X为电源的负极，Y为电源的正极，b极为阳极，据此分析解答。正极的电极电势比负极高，根据分析知，电极电势：Y>X，A错误；电解质溶液是酸性，则a极的电极反应式为，B错误；根据溶液电中性原则，电路中转移电子的数目与通过交换膜的离子的数目相等，C错误；阳极区生成H+，阴极区消耗H+，由电中性原理可知，应有H+进入阴极区，阳极的电极反应式为，当电路中有30mol电子转移时，30mol H+通过离子交换膜在阴极被消耗，阳极上生成36mol H+，二者之比为5∶6，D正确。
B 【解析】根据图示可知，充电时Na+向B电极移动，因此B电极为阴极，A电极为阳极；放电时，Na+向A极移动，故A极为正极，B极为负极。充电时，电极B为阴极，应与外接直流电源的负极相连，A错误；充电时Na+向B电极移动，外电路中每转移0.1mol电子，就有0.1molNa+嵌入，理论上硬碳的质量增加2.3g，B正确；电子不能通过溶液，C错误；放电时，正极得电子，电极反应式为，D错误。
D 【解析】由图可知，在多孔碳电极M得到电子生成，多孔碳电极M为阴极，多孔电极N为阳极，H2O在阳极失去电子生成O2，以此解答。由分析可知，M为阴极，故若电源为铅酸蓄电池，则电极M应与负极即Pb电极相连，A错误；由分析可知，N为阳极发生氧化反应，失去电子，即电极N上的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，原来的电极反应电荷不守恒，B错误；“电子不下水，离子不上岸”，故该装置工作时，外电路中电子的流动方向为电源负极→电极M，电极N→电源正极，C错误；该装置工作时，存在O=O非极性键的形成，H-O极性键的断裂，D正确。
D 【解析】根据题意可知，该装置是电解池。右侧水失去电子，是阳极，产生氧气，电极反应式为，氢离子从阳极移向阴极；左侧硝酸根离子得到电子，是阴极，生成尿素，电极反应式为2，据此分析作答。溶液是混合物，不是电解质，A错误；该装置是电解池，主要把电能转化为化学能，B错误；右侧水失去电子，发生氧化反应，产生氧气，是阳极，电极反应式为，C错误；根据电极反应式计算可知，每生成，失去，结合电子转移守恒，阴极得到，此时生成，D正确。
C 【解析】根据原理装置图可知，Mn2+在阳极失去电子，发生氧化反应，阳极的电极反应式为Mn2+-e-=Mn3+，H+在阴极得到电子，发生还原反应，阴极的电极反应式为2H++2e-=H2↑，混合液中发生反应FeS2+15Mn3++8H2O=Fe3++15Mn2++2+16H+。由分析可知，Mn2+在阳极失去电子，发生氧化反应，A正确；由分析可知，阳极的电极反应式为Mn2+-e-=Mn3+，阴极的电极反应式为2H++2e-=H2↑，混合液中发生反应FeS2+15Mn3++8H2O=Fe3++15Mn2++2+16H+，结合得失电子守恒，混合溶液中氢离子浓度增大，混合溶液的pH值将减小，B正确；电解刚刚开始时，阴极发生氢离子得电子生成氢气的反应：2H++2e-=H2，阴极石墨棒上有无色气体产生，Mn2+在阳极失去电子，发生氧化反应，阳极的电极反应式为Mn2+-e-=Mn3+，没有气体生成，C错误；由分析可知，混合液中FeS2和Mn3+发生氧化还原反应生成Mn2+和、Fe3+，根据得失电子守恒和电荷守恒配平离子反应为FeS2+15Mn3++8H2O=Fe3++15Mn2++2+16H+，D正确。
12．【答案】(1)①正 Cu2++2e-=Cu ② 2.56 ③铁与铜在潮湿环境中形成原电池，比铜活泼的铁作负极，更易被腐蚀
(2)①Y 碳和银 ②2Cl--2e-=Cl2↑ ③86.4
【解析】（1）由图可知，与直流电源正极a相连的铜电极为电镀池的阳极，铜在阳极失去电子发生氧化反应生成铜离子，镀件铁作阴极，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜。①由分析可知，电镀装置图中a极为直流电源的正极，镀件铁作阴极，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜，电极反应式为Cu2++2e-=Cu。②电镀时，阳极溶解的铜的质量等于阴极上析出的铜的质量，由两个电极质量之差为5.12g可知，铁电极增加的质量为5.12g×=2.56g。③上述铁镀件破损后，铁更容易被腐蚀是因为铁与铜在潮湿环境中形成原电池，比铜活泼的铁作负极，更易被腐蚀。（2）由图可知，甲池中石墨电极为阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，铜电极为阳极，氯离子作用下铜在阳极失去电子发生氧化反应生成三氯合亚铜离子，三氯合亚铜离子与氢氧根离子反应生成氧化亚铜、氯离子和水；乙池中X电极为精炼池的阴极，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜，Y电极为阳极，粗铜中锌、铁、铜在阳极失去电子发生氧化反应生成金属阳离子，银和碳沉入电极底部形成阳极泥。①由分析可知，Y电极为阳极，粗铜中锌、铁、铜在阳极失去电子发生氧化反应生成金属阳离子，银和碳沉入电极底部形成阳极泥。②电压过高时，乙中可能会产生有刺激性气味的气体的原因是溶液中的氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为2Cl——2e—=Cl2↑。③若该装置的能量转化率为60%，则由得失电子数目守恒可知，当外电路转移电子的物质的量为2mol时可制得氧化亚铜的质量为2mol××60%×144g/mol=86.4g。