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.(2021山东日照联考)我国研发的高效低压电催化还原CO2法,居世界领先水平。装置工作原理如图所示,工作时总反应为NaCl+CO2CO+NaClO。a、b均为涂装催化剂的惰性电极。下列说法错误的是( )A.该装置工作时电能转化为化学能B.该装置工作时b极反应为CO2+2e-+2H+CO+H2OC.若用铅蓄电池为电源,Y极反应为Pb+S-2e-PbSO4D.该装置消耗0.1molCl-时,有0.1molH+通过质子交换膜2.下图为利用电化学方法处理有机废水的原理示意图。下列说法正确的是( )A.工作时,a极的电势低于b极的电势B.工作一段时间之后,a极区溶液的pH增大C.a、b极不能使用同种电极材料D.b极的电极反应式为CH3COO-+4H2O-8e-2HC+9H+3.(2021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0.35nm),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-\nC.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.(2021山东烟台二模)CN-能抑制人体组织细胞内酶的活性,不能直接排放到环境中。工业上通过电激发产生HO*和OH-,可处理废水中的CN-,机理如图。下列说法错误的是( )A.该电极应该连接直流电源的负极B.反应Ⅰ为2CN-+2OH-+10HO*N2↑+2C+6H2OC.处理1molCN-,反应Ⅱ理论上生成5molO2D.OH-、HO*和H2O2中氧原子的杂化方式不同6.(2021山东烟台期末)我国科学家研发了一种水系可逆Zn—CO2电池,将A、B两组阴离子、阳离子复合膜反向放置分隔两室电解液,充电、放电时,复合膜层间的H2O解离成H+和OH-,工作原理如图所示。下列说法错误的是( )\nA.闭合K1,KOH溶液的pH减小B.闭合K2,Pd电极反应式为HCOOH-2e-CO2↑+2H+C.闭合K2,复合膜中只有B组间的H2O解离成H+和OH-D.闭合K1,每生成1mol[Zn(OH)4]2-,复合膜层间有1molH2O被解离7.用铁和石墨作电极电解酸性废水,可将废水中的P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++4P4FePO4↓+2H2O8.(2021山东菏泽一模)纳米Fe2O3在常压电化学法合成氨过程中起催化作用。该电解装置如图所示。已知熔融NaOH—KOH为离子导体,Fe2O3在发生反应时生成中间体Fe。下列说法正确的是( )A.惰性电极Ⅰ是电解池的阴极,发生还原反应B.产生2.24LO2时,转移的电子数为0.4NAC.惰性电极Ⅱ的电极反应:Fe2O3+3H2O-6e-2Fe+6OH-D.生成氨气的反应:2Fe+N2+3H2OFe2O3+2NH3\n二、非选择题:本题共2小题。9.(1)(2019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)(2019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的电极反应式是 。 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)(2020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。\n图1①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 。 (2)化工生产的副产物氢也是氢气的来源。电解法可制取有广泛用途的Na2FeO4,同时获得氢气:Fe+2H2O+2OH-Fe+3H2↑,工作原理如图2所示。装置通电后,铁电极附近生成紫红色Fe,镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高,铁电极区会产生红褐色物质。已知:Na2FeO4只在强碱性条件下稳定,易被H2还原。①电解一段时间后,OH-浓度降低的区域在 (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.D 解析该装置为电解装置,能使电能转化为化学能,故A正确;电解池中阳离子向阴极移动,由题图示中H+的移动方向可判断b极为阴极,阴极区CO2得电子变为CO,发生还原反应,其电极反应为CO2+2e-+2H+CO+H2O,故B正确;若用铅蓄电池为电源,由于b极为阴极,b极接电源的负极,即Y为电源负极,铅蓄电池放电时负极上Pb失电子,发生氧化反应,其电极反应为Pb+S-2e-PbSO4,故C正确;a\n为阳极,阳极区Cl-失电子,发生氧化反应,其电极反应为Cl--2e-+H2OClO-+2H+,则消耗0.1molCl-时,有0.2molH+通过质子交换膜,故D错误。2.D 解析b电极上CH3COO-转化为HC,碳元素的化合价升高,说明b为原电池负极,则a为原电池的正极,所以a极的电势高于b极的电势,A选项错误;b电极CH3COO-失去电子生成HC,电极反应式为CH3COO-+4H2O-8e-2HC+9H+,生成的H+可以通过质子交换膜进入a电极区,其物质的量与转移电子的物质的量相同,在正极上,迁移的氢离子中只能有一部分被电极反应所消耗,从而导致a极区溶液pH减小,B选项错误;据图可知,该装置是燃料电池,能使用同种电极材料,C选项错误;根据上述分析可知,b电极CH3COO-失去电子生成HC,电极反应式为CH3COO-+4H2O-8e-2HC+9H+,D选项正确。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.D 解析过程中有O2得电子被还原成*,属于阴极,该电极应该连接直流电源的负极,A正确;反应Ⅰ是HO*、OH-和CN-反应生成氮气、碳酸根和水,反应的离子方程式为2CN-+2OH-+10HO*N2↑+2C+6H2O,B正确;*结合H+生成*O2H,*O2H分解生成O2和H2O2:2*O2HO2↑+H2O2,H2O2分解产生HO*、OH-,然后发生反应2CN-+2OH-+10HO*N2↑+2C+6H2O,则处理1molCN-需要5molHO*,即需要5molH2O2,所以反应Ⅱ理论上生成5molO2,C正确;OH-、HO*和H2O2中氧原子均形成单键,杂化方式均是sp3杂化,D错误。6.D 解析闭合K1时,该装置为原电池,锌电极为负极,负极上锌在碱性条件下失去\n电子发生氧化反应Zn-2e-+4OH-[Zn(OH)4]2-,Pd电极为正极,二氧化碳在酸性条件下得到电子发生还原反应生成甲酸,电极反应式为CO2+2e-+2H+HCOOH,由电极反应式可知,当外电路中通过2mol电子时,复合膜层间有2mol水解离成2mol氢离子和2mol氢氧根离子,而负极消耗4mol氢氧根离子,则KOH溶液的pH减小,故A正确;闭合K2时,该装置为电解池,Pd电极为阳极,甲酸在阳极上失去电子发生氧化反应生成二氧化碳,电极反应式为HCOOH-2e-CO2↑+2H+,故B正确;闭合K2时,该装置为电解池,Pd电极为阳极,甲酸在阳极上失去电子发生氧化反应生成二氧化碳,复合膜中B组间的水解离出的氢氧根离子向Pd极移动,中和放电生成的氢离子,故C正确;闭合K1时,该装置为原电池,生成1mol[Zn(OH)4]2-时,外电路通过2mol电子,复合膜层间有2mol水解离成2mol氢离子和2mol氢氧根离子,故D错误。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反应生成FePO4,D项正确。8.D 解析惰性电极Ⅰ产生氧气,氧元素化合价升高,发生氧化反应,故惰性电极Ⅰ为电解池的阳极,A错误;产生2.24LO2,未标注状态,故不能计算转移的电子数,B错误;根据图示可知,惰性电极Ⅱ为阴极,电极反应式为Fe2O3+3H2O+6e-2Fe+6OH-,C错误;结合图示及阴极电极反应式可知,生成氨气的反应为2Fe+N2+3H2OFe2O3+2NH3,D正确。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)①K1 2H2O+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-。\n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+2e-HCOO-+C) ②阳极产生O2和H+,HC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:OH-浓度低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢[或N点:OH-浓度过高,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反应使HC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+4H2O,阳极室中OH-的消耗大于补充,因此电解一段时间后,OH-浓度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:OH-浓度低,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:OH-浓度过高,铁电极上有Fe(OH)3生成,使Na2FeO4产率降低。
