2027届高考化学一轮复习专项训练:电解池 金属的腐蚀与防护

2026-07-13
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摘要:

**基本信息** 聚焦电解池原理与金属腐蚀防护,通过原理辨析-工业应用-综合计算的递进式训练,构建"电极判断-离子移动-反应分析"的解题逻辑链,强化科学思维与问题解决能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础原理|选择题1-3|电极反应式书写规则;离子放电顺序判断;pH变化分析方法|从电解池构成到电极反应,建立"阴阳极→电子流向→离子移动→产物判断"的推理路径| |工业应用|选择题4-8、非选择题9|双极膜/离子交换膜类型判断;电化学除杂工艺分析;浓差电池工作原理|结合氯碱工业、卤水除硼等真实情境,体现化学观念中的物质转化与能量变化| |综合计算|非选择题10-11|电子守恒计算技巧;电解后溶液复原策略;原电池与电解池综合判断|整合电解计算、平衡移动及腐蚀防护,培养科学探究与实践中的综合应用能力|

内容正文:

17 电解池 金属的腐蚀与防护 一、选择题 1.下列装置的线路接通后,经过一段时间,溶液的pH明显减小的是(  )。 2.将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(  )。 A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-Fe3+ B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀 3.化学用语是学习化学的重要工具,下列用来表示物质变化的化学用语正确的是(  )。 A.用铜作阴极,石墨作阳极,电解饱和食盐水时,阳极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑ B.铅酸蓄电池放电时的正极反应式为S+Pb-2e-PbSO4 C.粗铜精炼时,与电源正极相连的应是粗铜,该极发生的电极反应只有Cu-2e-Cu2+ D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式为Fe-2e-Fe2+ 4.(2025云南卷)一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示,双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。除硼原理:[B(OH)4]-+H+B(OH)3+H2O。下列说法错误的是(  )。 A.Pt电极反应:4OH--4e-O2↑+2H2O B.外加电场可促进双极膜中水的电离 C.Ⅲ室中,X膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 D.Ⅳ室每生成1 mol NaOH,同时Ⅱ室最多生成1 mol B(OH)3 5.利用电解质溶液的浓度对电极电势的影响,可设计浓差电池。如图为一套浓差电池和电解质溶液再生的配套装置示意图,闭合开关K之前,两个Cu电极的质量相等。下列有关这套装置的说法中错误的是(  )。 A.循环物质E为水 B.乙池中Cu电极为阴极,发生还原反应 C.甲池中的电极反应式为Cu2++2e-Cu D.若外电路中通过1 mol电子,两电极的质量差为64 g 6.沿海电厂采用海水为冷却水,但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题,通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示),通入一定的电流。 下列叙述错误的是(  )。 A.阳极发生将海水中的Cl-氧化生成Cl2的反应 B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO C.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气 D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理 7.钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(  )。 A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大 B.生成1 mol Co,Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g C.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变 D.电解总反应:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+ 8.(2025陕晋宁青卷)我国科研人员采用图甲所示的电解池,由百里酚(TY)合成了百里醌(TQ)。电极b表面的主要反应历程如图乙(灰球表示电极表面催化剂)。下列说法错误的是(  )。 甲 乙 A.电解时,H+从右室向左室移动 B.电解总反应:TY+H2OTQ+2H2↑ C.以为原料,也可得到TQ D.用18O标记电解液中的水,可得到 二、非选择题 9.电解原理在化学工业中有广泛应用,不仅可以制备物质,还可以提纯和净化。 (1)电解食盐水是氯碱工业的基础。目前比较先进的方法是阳离子交换膜法,电解原理如图所示,图中的阳离子交换膜只允许阳离子通过,请回答以下问题: ①图中A极要连接电源的   (填“正”或“负”)极。  ②精制饱和食盐水从图中    位置补充,氢氧化钠溶液从图中   位置流出。(填“a”“b”“c”“d”“e”或“f”)  ③电解总反应的离子方程式是                   。  (2)化学在环境保护中起着十分重要的作用,电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染,电化学降解N的原理如图所示。 ①电源正极为    (填“A”或“B”),阴极反应式为      。  ②若电解过程中转移了5 mol电子,则膜左侧电解液的质量变化为    g。  10.(1)用间接电化学法除去NO的过程,如图所示: 已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间,写出阴极的电极反应式:    。  用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理:              。  (2)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。 ①用石墨作电极,在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图所示),写出阳极产生ClO2的电极反应式:          。  ②电解一段时间,当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时,停止电解,通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为     mol;用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因:          。  (3)①钢铁锈蚀的图示如图a所示: 图a 图b 用箭头表示出图a中电子的运动方向;请你分析铁轨锈蚀的原因是       。 ②我国的科技人员为了消除SO2的污染,变废为宝,利用原电池原理,设计由SO2和O2来制备硫酸。设计装置如图b所示,电极A、B为多孔的材料。 A极为    (填“正极”或“负极”)。  B极的电极反应式是                 。  11.如图所示的四个容器中分别盛有不同的溶液,除a、b外,其余电极均为石墨电极。甲为铅酸蓄电池,其工作原理为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,其两个电极的电极材料分别为PbO2和Pb。闭合K,发现g电极附近的溶液先变红,20 min后,将K断开,此时c、d两极上产生的气体体积相同。据此回答: (1)a电极的电极材料是     (填“PbO2”或“Pb”)。  (2)丙装置中发生电解的总反应方程式为                 。  (3)电解20 min时,停止电解,此时要使乙中溶液恢复到原来的状态,需要加入的物质及其物质的量是       。  (4)20 min后将乙装置与其他装置断开,然后在c、d两极间连接上灵敏电流计,发现电流计指针偏转,则此时c电极为     极,d电极上发生反应的电极反应为         。 (5)电解后取a mL丁装置中的溶液,向其中逐滴加入等物质的量浓度的CH3COOH溶液,当加入b mL CH3COOH溶液时,混合溶液的pH恰好等于7(体积变化忽略不计)。已知CH3COOH的电离平衡常数为1.75×10-5,则=   。  17 电解池 金属的腐蚀与防护 一、选择题 1.下列装置的线路接通后,经过一段时间,溶液的pH明显减小的是(  )。 答案:D 解析:A项,该装置是原电池装置,H+放电生成氢气,溶液的pH增大,A项错误。B项,阳极发生反应:2OH-+Cu-2e-Cu(OH)2,阴极发生反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-,总反应:Cu+2H2OCu(OH)2+H2↑,反应消耗了水使溶液的pH增大,B项错误。C项,电解NaCl溶液,总反应:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,生成氢氧化钠使溶液的pH增大,C项错误。D项,电解硫酸铜溶液的总反应:2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,生成硫酸使溶液的pH减小,D项正确。 2.将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(  )。 A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-Fe3+ B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀 答案:C 解析:D项,用水代替NaCl溶液,Fe和炭也可以构成原电池,Fe失去电子,空气中的O2得到电子,铁发生吸氧腐蚀,错误。 3.化学用语是学习化学的重要工具,下列用来表示物质变化的化学用语正确的是(  )。 A.用铜作阴极,石墨作阳极,电解饱和食盐水时,阳极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑ B.铅酸蓄电池放电时的正极反应式为S+Pb-2e-PbSO4 C.粗铜精炼时,与电源正极相连的应是粗铜,该极发生的电极反应只有Cu-2e-Cu2+ D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式为Fe-2e-Fe2+ 答案:A 解析:铅酸蓄电池放电时的正极反应式为4H++S+PbO2+2e-PbSO4+2H2O,负极反应式为Pb-2e-+SPbSO4,B项错误。粗铜精炼时,与电源正极相连的应是粗铜,该极发生的电极反应除Cu-2e-Cu2+外,还有比铜活泼的杂质金属失电子的反应,C项错误。钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe-2e-Fe2+,D项错误。 4.(2025云南卷)一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示,双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。除硼原理:[B(OH)4]-+H+B(OH)3+H2O。下列说法错误的是(  )。 A.Pt电极反应:4OH--4e-O2↑+2H2O B.外加电场可促进双极膜中水的电离 C.Ⅲ室中,X膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 D.Ⅳ室每生成1 mol NaOH,同时Ⅱ室最多生成1 mol B(OH)3 答案:C 解析:电解池中阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动,故从图中可以看出,Pt电极为阳极,石墨电极为阴极。Pt电极为阳极,OH-放电发生氧化反应,A项正确;外加电源促使阴、阳两极离子放电,从而促进水的电离,B项正确;Ⅲ中NaCl浓溶液变稀,说明Cl-、Na+向两边移动,阴离子Cl-向Pt电极移动,X膜为阴离子交换膜,阳离子Na+向石墨电极移动,Y膜为阳离子交换膜,C项错误;每生成1 mol NaOH,Ⅱ中进入1 mol H+,则生成1 mol B(OH)3,D项正确。 5.利用电解质溶液的浓度对电极电势的影响,可设计浓差电池。如图为一套浓差电池和电解质溶液再生的配套装置示意图,闭合开关K之前,两个Cu电极的质量相等。下列有关这套装置的说法中错误的是(  )。 A.循环物质E为水 B.乙池中Cu电极为阴极,发生还原反应 C.甲池中的电极反应式为Cu2++2e-Cu D.若外电路中通过1 mol电子,两电极的质量差为64 g 答案:B 解析:由阴离子S的移动方向可知,右边Cu电极为负极,发生反应Cu-2e-Cu2+,Cu电极失去电子,发生氧化反应;左边的电极为正极,发生反应Cu2++2e-Cu,当电路中通过1 mol电子,左边电极增加32 g,右边电极减少32 g,两极的质量差变为64 g。电解质再生池是利用太阳能将CuSO4稀溶液蒸发,分离为CuSO4浓溶液和水后,再返回浓差电池。通过上述分析可知循环物质E为水,使稀硫酸铜溶液变为浓硫酸铜溶液,则A、C、D项正确,B项错误。 6.沿海电厂采用海水为冷却水,但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题,通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示),通入一定的电流。 下列叙述错误的是(  )。 A.阳极发生将海水中的Cl-氧化生成Cl2的反应 B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO C.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气 D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理 答案:D 解析:根据装置示意图以及阴、阳极都是惰性电极可知,阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑,即Cl-被氧化生成Cl2,A项正确;阴极生成氢气,溶液碱性增强,海水中存在大量的Na+,故Cl2参与反应生成NaClO,NaClO具有强氧化性,可以杀灭附着生物,B项正确;阴极生成的氢气易燃,与空气的混合气体遇明火易发生爆炸,所以应将生成的氢气及时通风稀释安全地排出,C项正确;阴极上H+得电子生成氢气,溶液中c(OH-)增大,海水中的Mg2+向阴极移动,在阴极表面形成Mg(OH)2沉淀,故在阴极表面形成积垢,需要定期处理,D项错误。 7.钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(  )。 A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大 B.生成1 mol Co,Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g C.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变 D.电解总反应:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+ 答案:D 解析:电解装置工作时,Ⅰ室反应为2H2O-4e-4H++O2↑,Ⅲ室反应为Co2++2e-Co,H+移向Ⅱ室,Cl-移向Ⅱ室。Ⅰ室中H2SO4的物质的量不变,H2O的物质的量减小,H2SO4浓度增大,溶液pH减小;Ⅱ室中H+浓度增大,溶液pH减小,A项错误。生成1 mol Co转移2 mol e-,Ⅰ室减少1 mol H2O,质量为18 g,B项错误;移除两交换膜,石墨电极上放电的是Cl-,C项错误。根据电子守恒,该电解过程的总反应为2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+,D项正确。 8.(2025陕晋宁青卷)我国科研人员采用图甲所示的电解池,由百里酚(TY)合成了百里醌(TQ)。电极b表面的主要反应历程如图乙(灰球表示电极表面催化剂)。下列说法错误的是(  )。 甲 乙 A.电解时,H+从右室向左室移动 B.电解总反应:TY+H2OTQ+2H2↑ C.以为原料,也可得到TQ D.用18O标记电解液中的水,可得到 答案:D 解析:由反应历程图知:百里酚(TY)的结构简式为,百里醌(TQ)的结构简式为,TY→TQ发生氧化反应,可判断出:电极b为阳极,电极a为阴极,在电解池中H+(阳离子)从阳极向阴极移动,即从右室向左室移动,A项正确。电解时阳极反应式为TY-4e-+H2OTQ+4H+,阴极反应式为4H++4e-2H2↑,故总反应式为TY+H2OTQ+2H2↑,B项正确。依据反应历程图,酚被氧化时,酚羟基对位引入羰基,C项正确。用18O标记电解液中的水,得到的产物是,D项错误。 二、非选择题 9.电解原理在化学工业中有广泛应用,不仅可以制备物质,还可以提纯和净化。 (1)电解食盐水是氯碱工业的基础。目前比较先进的方法是阳离子交换膜法,电解原理如图所示,图中的阳离子交换膜只允许阳离子通过,请回答以下问题: ①图中A极要连接电源的   (填“正”或“负”)极。  ②精制饱和食盐水从图中    位置补充,氢氧化钠溶液从图中   位置流出。(填“a”“b”“c”“d”“e”或“f”)  ③电解总反应的离子方程式是                   。  (2)化学在环境保护中起着十分重要的作用,电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染,电化学降解N的原理如图所示。 ①电源正极为    (填“A”或“B”),阴极反应式为      。  ②若电解过程中转移了5 mol电子,则膜左侧电解液的质量变化为    g。  答案:(1)①正 ②a d ③2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH- (2)①A 12H++2N+10e-N2↑+6H2O ②45 解析:(1)①由电解食盐水装置图可知,钠离子移向右边,则左边A为阳极,所以A极要连接电源的正极。 ②左边A为阳极,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,所以精制饱和食盐水从图中a位置补充;右边B为阴极,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,则生成的氢氧化钠溶液从图中d位置流出。 ③电解总反应的离子方程式是2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-。 (2)①由图示知在Ag-Pt电极上N发生还原反应,因此Ag-Pt电极为阴极,则B为电源负极,A为电源正极;在阴极反应是N得电子发生还原反应生成N2,装置中采用质子交换膜,应只允许H+通过,则H+参与阴极反应且有H2O生成,阴极反应式为12H++2N+10e-N2↑+6H2O。 ②阳极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,转移5 mol电子时,阳极消耗2.5 mol H2O,产生的5 mol H+进入阴极室,阳极室质量减小45 g。 10.(1)用间接电化学法除去NO的过程,如图所示: 已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间,写出阴极的电极反应式:    。  用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理:              。  (2)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。 ①用石墨作电极,在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图所示),写出阳极产生ClO2的电极反应式:          。  ②电解一段时间,当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时,停止电解,通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为     mol;用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因:          。  (3)①钢铁锈蚀的图示如图a所示: 图a 图b 用箭头表示出图a中电子的运动方向;请你分析铁轨锈蚀的原因是       。 ②我国的科技人员为了消除SO2的污染,变废为宝,利用原电池原理,设计由SO2和O2来制备硫酸。设计装置如图b所示,电极A、B为多孔的材料。 A极为    (填“正极”或“负极”)。  B极的电极反应式是                 。  答案:(1)2H++2HS+2e-S2+2H2O 2NO+2S2+2H2ON2+4HS (2)①2H2O+Cl--5e-ClO2↑+4H+ ②0.01 在阴极发生水电离出的H+放电,H+浓度减小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移动,OH-浓度增大,pH增大 (3)① 铁为负极发生氧化反应Fe-2e-Fe2+;由于电解质溶液中有H2CO3,电离出氢离子,2H++2e-H2↑,发生析氢腐蚀。电解质溶液中又溶有氧气,2H2O+O2+4e-4OH-,发生吸氧腐蚀 ②正极 SO2+2H2O-2e-S+4H+ 解析:(1)阴极发生还原反应,是亚硫酸氢根离子得电子生成S2,电极反应式为2HS+2H++2e-S2+2H2O;S2与一氧化氮发生氧化还原反应,生成氮气和亚硫酸氢根,离子方程式为2NO+2S2+2H2ON2+4HS。 (2)①由题意可知,氯离子放电生成ClO2,由原子守恒可知,有水参加反应,同时生成氢离子,电极反应式为2H2O+Cl--5e-ClO2↑+4H+。②在阴极发生2H2O+2e-H2↑+2OH-,氢气的物质的量为=0.005 mol,通过阳离子交换膜的阳离子为+1价离子,通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.005 mol×2=0.01 mol,电解时阴极H+浓度减小,使得H2OOH-+H+的平衡向右移动,溶液的pH增大。 (3)①钢铁含有铁和碳,铁为负极,C为正极,电子由负极流向正极,故电子的移动方向可表示为;铁轨锈蚀的原因是铁为负极发生氧化反应Fe-2e-Fe2+。由于电解质溶液中有H2CO3,电离出氢离子,2H++2e-H2↑,发生析氢腐蚀。电解质溶液中又溶有氧气,2H2O+O2+4e-4OH-,发生吸氧腐蚀。②由题意可知原电池目的是用SO2与O2反应来制备硫酸,B极生成硫酸,则通入的气体应为SO2,硫元素由+4价升高到+6价,发生氧化反应2H2O+SO2-2e-S+4H+,B极为负极,A极为正极。 11.如图所示的四个容器中分别盛有不同的溶液,除a、b外,其余电极均为石墨电极。甲为铅酸蓄电池,其工作原理为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,其两个电极的电极材料分别为PbO2和Pb。闭合K,发现g电极附近的溶液先变红,20 min后,将K断开,此时c、d两极上产生的气体体积相同。据此回答: (1)a电极的电极材料是     (填“PbO2”或“Pb”)。  (2)丙装置中发生电解的总反应方程式为                 。  (3)电解20 min时,停止电解,此时要使乙中溶液恢复到原来的状态,需要加入的物质及其物质的量是       。  (4)20 min后将乙装置与其他装置断开,然后在c、d两极间连接上灵敏电流计,发现电流计指针偏转,则此时c电极为     极,d电极上发生反应的电极反应为         。 (5)电解后取a mL丁装置中的溶液,向其中逐滴加入等物质的量浓度的CH3COOH溶液,当加入b mL CH3COOH溶液时,混合溶液的pH恰好等于7(体积变化忽略不计)。已知CH3COOH的电离平衡常数为1.75×10-5,则=   。  答案:(1)PbO2 (2)2H2O2H2↑+O2↑ (3)0.1 mol Cu(OH)2 (4)负 4H++O2+4e-2H2O (5) 解析:甲池是原电池,作电源,发生的反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O;乙、丙、丁是电解池,闭合K,发现g电极附近的溶液变红,说明g电极是电解池的阴极,h是电解池的阳极,所以a为正极,b为负极;c电极为阴极,d电极为阳极;e电极为阴极,f电极为阳极。 (1)a电极是铅酸蓄电池的正极,正极的电极材料是PbO2。 (2)丙中电解硫酸铝溶液,实际上是电解水,电解方程式为2H2O2H2↑+O2↑。 (3)c、d两极上产生的气体体积相同,c电极上发生的电极反应为Cu2++2e-Cu,2H2O+2e-H2↑+2OH-,d电极上发生的电极反应为2H2O-4e-4H++O2↑,设生成的氧气为x mol,则氢气也为x mol,生成的Cu为0.1 L×1 mol·L-1=0.1 mol,由得失电子守恒可得:2x+0.1×2=4x,解得x=0.1,则电解时生成0.1 mol氢气、0.1 mol氧气和0.1 mol Cu,若要使溶液恢复到原来的状态,需要加入0.1 mol Cu(OH)2。 (4)20 min后将乙装置与其他装置断开,然后在c、d两极间连上灵敏电流计,发现电流计指针偏转,说明形成了原电池,氢气在c极失电子,c为负极,氧气在d极得电子,d极为正极,正极的电极反应式为4H++O2+4e-2H2O。 (5)电解后丁装置中生成氢氧化钠,乙中电解生成0.1 mol氧气,转移电子为0.4 mol,则丁中氯化钠全部被消耗,生成的氢氧化钠为0.2 mol,其浓度为2 mol·L-1,加醋酸后溶液的pH恰好等于7,则c(H+)=c(OH-),由电荷守恒可知c(Na+)=c(CH3COO-)= mol·L-1,c(CH3COOH)=-c(CH3COO-)= mol·L-1, Ka==1.75×10-5,代入数值解得。 4 学科网(北京)股份有限公司 $

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