通用版高考化学一轮复习课时突破练28　电解池　金属的腐蚀与防护

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通用版高考化学一轮复习
课时突破练28　电解池　金属的腐蚀与防护
必备知识基础练
1.(2024·陕西宝鸡统考)金属的腐蚀和防护在生产、生活中普遍存在。下列说法正确的是(　　)
图①
图②
图③
A.图①铁的保护方法称为牺牲阳极法
B.图②导管内液面上升,可以验证铁的析氢腐蚀
C.图③钢闸门接电源的正极,称为外加电流法
D.铁的腐蚀速度:②>③
2.(2024·广东江门一模)高氯酸(HClO4)是制备导弹和火箭的固体推进剂高氯酸铵(NH4ClO4)的原料之一,如图为一种惰性电极电解高纯次氯酸制备高氯酸的模拟装置。下列有关说法不正确的是(　　)
A.b为电源的正极
B.电极M处发生氧化反应
C.H+从左到右穿过质子交换膜　
D.电极N的电极反应式:2H++2e-H2↑
3.(2024·福建厦门二模)太阳能驱动N和CO2制备CO(NH2)2的装置示意图如图。下列说法错误的是(　　)
A.阳极区电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O
B.双极膜替换为阳离子交换膜可提高制备效率
C.在阳极区中补充S可提高制备效率
D.理论上,每生成44.8 L O2(已折算为标准状况)时,阴极区溶液质量增加30 g
4.(2024·贵州贵阳一模)双极膜是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成的,其内层为水层,装置工作时水层中的H2O解离成H+和OH-,分别向两侧发生迁移。CO2电化学还原法制备甲醇的电解原理如图所示。该装置工作时,下列说法正确的是(　　)
A.电极A是电源的负极
B.OH-穿过b膜进入右室溶液
C.催化电极的电极反应:CO2-6e-+6H+CH3OH+H2O
D.当催化电极生成64 g甲醇时,左侧电极室质量增加108 g
关键能力提升练
5.(2024·贵州卷)一种太阳能驱动环境处理的自循环光催化芬顿系统工作原理如图。光阳极发生反应:HC+H2OHC+2H++2e-,HC+H2OHC+H2O2。体系中H2O2与Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)发生反应
产生的活性氧自由基可用于处理污水中的有机污染物。
下列说法错误的是(　　)
A.该芬顿系统能量转化形式为太阳能电能化学能
B.阴极反应式为O2+2H++2e-H2O2
C.光阳极每消耗1 mol H2O,体系中生成2 mol H2O2
D.H2O2在Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)的循环反应中表现出氧化性和还原性
6.(2024·湖南长沙一模)我国科学家发现锂介导的氮还原法可实现电化学高效合成氨,下列说法正确的是(　　)
A.Pt电极连接电源负极
B.该电解池可以采用Li2SO4溶液做电解质溶液
C.分层Si基电极附近发生的反应为6Li+N22Li3N
D.外电路转移3 mol电子时,理论上生成NH3的体积为22.4 L
7.(2024·黑吉辽卷)“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题,科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法,装置如图所示。部分反应机理为+H2。下列说法错误的是(　　)
A.相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B.阴极反应:2H2O+2e-2OH-+H2↑
C.电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向移动
D.阳极反应:2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+2H2O+H2↑
8.(1)(2024·北京卷节选)研究表明可以用电解法以N2为氮源直接制备HNO3,其原理示意图如下。
①电极a表面生成N的电极反应式: 　。
②研究发现:N2转化可能的途径为N2NON。电极a表面还发生反应ⅲ:H2OO2。反应ⅲ的存在,有利于途径ⅱ,原因是 　。
(2)(2023·重庆卷节选)测定α-AgI中导电离子类型的实验装置如图所示。实验测得支管a中AgI质量不变,可判定导电离子是Ag+而不是I-,依据是　 。
参考答案
1.D　解析 铁、铜、硫酸铜组合成图①装置,能形成原电池,但对铁并没有起到保护作用,A错误。图②装置是用来验证铁的吸氧腐蚀的,如果导管内液面上升,则大试管中的压强降低,铁发生吸氧腐蚀,不是析氢腐蚀,B错误。图③钢闸门应接电源的负极,该装置构成电解池,钢闸门是阴极,C错误。图②将铁钉放在食盐水中,形成了原电池,发生吸氧腐蚀,能加速铁的腐蚀,而图③是对铁进行了防护,因此铁的腐蚀速度:②>③,D正确。
2.A　解析 电极M处次氯酸失去电子发生氧化反应得到高氯酸,M为阳极、N为阴极,与之对应的a为电源的正极、b为电源的负极,A错误。电极M处发生氧化反应,B正确。电解池中阳离子向阴极迁移,故H+从左到右穿过质子交换膜,C正确。N为阴极,氢离子得到电子发生还原反应生成氢气:2H++2e-H2↑,D正确。
3.B　解析 由图示信息可知,阳极区OH-转化为氧气,电极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O,A正确。双极膜左侧为阴离子交换膜,右侧为阳离子交换膜,通过双极膜向阳极区和阴极区分别提供OH-和H+,若换成阳离子交换膜,则两侧OH-和H+均需由水提供,导致OH-、H+浓度降低,从而降低CO(NH2)2制备效率,B错误。S水解可产生OH-,使阳极区溶液呈碱性,能提高阳极区OH-的浓度,从而可提高制备效率,C正确。标准状况下44.8 L O2的物质的量为2 mol,生成2 mol氧气转移8 mol电子,阴极区电极反应为CO2+2N+18H++16e-CO(NH2)2+7H2O,阴极区增加的质量为二氧化碳和转移的氢离子的总质量,总质量为44 g·mol-1×0.5 mol+8 g=30 g,D正确。
4.D　解析 由图可知,OH-在左侧电极上失去电子发生氧化反应,石墨电极为电解池的阳极,右侧电极上二氧化碳得到电子发生还原反应,为电解池的阴极,则A为电源的正极,A错误。右侧电极为阴极,左侧电极为阳极,在电解池中阴离子向阳极移动,则OH-穿过a膜进入左室溶液,B错误。催化电极为阴极,电极反应为CO2+6e-+6H+CH3OH+H2O,C错误。64 g甲醇的物质的量为2 mol,转移12 mol电子,左侧电极有对应关系:O2~4e-~4OH-~Δm(2H2O),则当转移12 mol电子时,左侧电极室质量增加 mol×36 g·mol-1=108 g,D正确。
5.C　解析 该系统为一种太阳能驱动环境处理的自循环光催化芬顿系统,由题图可知,太阳能先转化为电能,电能再转化为化学能,A正确。阴极发生还原反应,结合题图及装置所处的环境可知阴极反应式为O2+2H++2e-H2O2,B正确。根据光阳极上发生的反应可知,每消耗2 mol H2O,转移2 mol电子,光阳极上生成1 mol H2O2和2 mol H+;由阴极反应式O2+2H++2e-H2O2可知,阴极每消耗1 mol O2和2 mol H+,体系中也生成1 mol H2O2,即光阳极每消耗1 mol H2O,体系中生成1 mol H2O2,C错误。Mn(Ⅳ)转化为Mn(Ⅱ)过程中,锰元素化合价降低,H2O2作还原剂,表现还原性;Mn(Ⅱ)转化为Mn(Ⅳ)过程中,锰元素化合价升高,H2O2作氧化剂,表现氧化性,D正确。
6.C　解析 该装置为电解池,在通入H2的Pt电极上,H2发生失电子的氧化反应转化成H+,Pt电极为阳极,分层Si基电极为阴极。Pt电极为阳极,Pt电极连接电源的正极,A错误。Li能与Li2SO4溶液中的水发生反应2Li+2H2O2LiOH+H2↑,故该电解池不能采用Li2SO4溶液做电解质溶液,B错误。由图示知,分层Si基电极附近发生的反应为6Li+N22Li3N,C正确。NH3所处温度和压强未知,无法计算生成NH3的体积,D错误。
7.A　解析 由题中反应机理分析可知,HCHO在阳极发生反应,阳极总反应为2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+H2↑+2H2O。而阴极水中的H+放电得H2,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-。
传统电解水时每转移2 mol电子可生成1 mol H2,而此原理中两电极均生成H2,每转移2 mol电子共可得到2 mol H2,所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍,A错误;由上述分析可知,B正确;根据电解原理可知,阴离子向阳极移动,则OH-通过阴离子交换膜向阳极(b极)移动,C正确;由上述分析可知,D正确。
8.答案 (1)①N2-10e-+6H2O2N+12H+
②反应ⅲ生成O2,O2能将NO氧化成NO2,NO2更易转化成N
(2)a中银电极质量减小,b中银电极质量增大
解析 (2)a为阳极、b为阴极,实验测得支管a中AgI质量不变,则碘离子没有迁移到a中与Ag+产生AgI沉淀,Ag+在阴极得到电子发生还原反应生成银单质,导致b中银电极质量增大,a中银电极失去电子发生氧化反应生成Ag+,导致a中银电极质量减小,可判定导电离子是Ag+而不是I-。
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