2021届高三化学一轮复习重点考点逐个练习电解池　金属腐蚀与防护（含详解）

2021 届高三化学一轮复习重点考点逐个练习:电解池　金属腐蚀与防护（含详解） 命题角 度 本主题主要考查电解池的工作原理、电极反应式的书写、电解原理的应用、溶液 pH 的变化、 借助电解原理进行的工业实际问题的处理等 备考启 示 在复习备考时,应注重电化学原理的实质,从氧化还原反应的角度认识电化学反应,注重与元 素化合物、有机化学、电解质溶液、新能源等知识的联系 1 用石墨作电极电解 KCl 和 CuSO4(等体积混合)混合溶液,电解过程中溶液 pH 随时间 t 的变化关系如 图所示,下列说法正确的是(　　)。 A.ab 段 H+被还原,溶液的 pH 增大 B.cd 段相当于电解水 C.c 点时加入适量 CuCl2 固体,电解液可恢复初始状态 D.原溶液中 KCl 和 CuSO4 的物质的量浓度之比为 2∶1 【解析】用惰性电极电解等体积的 KCl 和 CuSO4 混合溶液,阴极离子放电顺序是 Cu2+>H+,阳极离 子放电顺序是 Cl->OH-。电解过程分三阶段,第一阶段,阳极的电极反应式为 2Cl--2e- Cl2↑,阴极的电极 反应式为 Cu2++2e- Cu,Cu2+浓度减小,水解得到的 H+浓度减小,溶液 pH 增大;第二阶段,阳极的电极反 应式为 4OH--4e- 2H2O+O2↑,阴极的电极反应式为 Cu2++2e- Cu,反应中生成硫酸,溶液 pH 减小;第三 阶段,阳极的电极反应式为 4OH--4e- 2H2O+O2↑,阴极的电极反应式为 2H++2e- H2↑,实质是电解水, 溶液中硫酸浓度增大,pH 继续减小。ab 段由于 Cu2+浓度减小,水解得到的 H+浓度减小,溶液 pH 增大,Cu2+ 被还原,A 项错误;由上述分析可知,cd 段相当于电解水,B 项正确;电解至 c 点时,溶液中溶质为硫酸、硫 酸钾,往电解液中加入适量 CuCl2 固体,不能使电解液恢复至初始状态,C 项错误;若 KCl 和 CuSO4 的物 质的量浓度之比为 2∶1,则相当于电解 CuCl2 和水,只有两个阶段,D 项错误。 【答案】 B 2. 图中 X 为电源,Y 为浸透过饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸,滤纸中央滴有一滴 KMnO4 溶液,通电后 Y 中央的紫红色斑向 d 端扩散。下列判断正确的是(　　)。 A.滤纸上 c 点附近会变红色B.Cu 电极质量减小,Pt 电极质量增大 C.Z 中溶液的 pH 先减小,后增大 D.溶液中的 SO2- 4 向 Cu 电极定向移动 【解析】紫红色斑即 MnO-4向 d 端扩散,根据阴离子向阳极移动的原理,可知 d 端为阳极,即 b 为正 极,a 为负极,c 为阴极。NaCl 溶液中 H+放电,产生 OH-,c 点附近会变红色,A 项正确;电解硫酸铜溶液时,Pt 作阳极,溶液中的 OH-放电,4OH--4e- O2↑+2H2O,Cu 作阴极,溶液中的 Cu2+得电子生成铜,总反应式为 2CuSO4+2H2O 2Cu+O2↑+2H2SO4,Pt 电极附近生成 H+,则 SO2- 4 向 Pt 电极移动,B、D 两项均不正确;随 着电解的进行,Z 中溶液变为硫酸溶液,继续电解则为电解水,硫酸浓度增大,pH 减小,C 项不正确。 【答案】A 3. 金属镍有广泛的用途,粗镍中含有 Fe、Zn、Cu、Pt 等杂质,可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述 中正确的是(已知氧化性:Fe2+Zn2+,故 阴极反应式为 Ni2++2e- Ni,可见,阳极质量减少是因为 Zn、Fe、Ni 溶解,而阴极质量增加是因为 Ni 析出,B 项错误;电解后溶液中的阳离子除 Fe2+和 Zn2+外,还有 Ni2+和 H+,C 项错误。 【答案】D 4. 利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是(　　)。 A.氯碱工业中,X 电极上的反应式是 4OH--4e- 2H2O+O2↑ B.电解精炼铜时,Z 溶液中的 Cu2+浓度不变 C.在铁片上镀铜时,Y 是纯铜 D.制取金属镁时,Z 是熔融的氯化镁 【解析】氯碱工业中阳极是 Cl-放电生成 Cl2;电解精炼铜时阳极上粗铜溶解,阴极上 Cu2+放电析出 Cu,由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质,溶液中 Cu2+浓度变小;铁片上镀铜时,阴极应该是铁片,阳极是纯 铜。 【答案】D5. 工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质 Ni 的原理如图所示。 已知:①Ni2+在弱酸性溶液中发生水解 ②氧化性:Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度) 下列说法不正确的是(　　)。 A.碳棒上发生的电极反应为 4OH--4e- O2↑+2H2O B.电解过程中,B 室中 NaCl 溶液的物质的量浓度将不断减小 C.为了提高 Ni 的产率,电解过程中需要控制废水的 pH D.若将图中阳离子膜去掉,将 A、B 两室合并,则电解反应的总方程式将发生改变 【解析】各极电极反应式如下:阳极 4OH--4e- 2H2O+O2↑,阴极 Ni2++2e- Ni、2H++2e- H2↑,A 项正确;由于 C 室中 Ni2+、H+不断减少,Cl-通过阴离子膜从 C 室移向 B 室,A 室中 OH-不断减少,Na+通 过阳离子膜从 A 室移向 B 室,所以 B 室中 NaCl 溶液的物质的量浓度不断增大,B 项错误;由于 H+的氧 化性大于 Ni2+(低浓度)的氧化性,所以为了提高 Ni 的产率,电解过程中需要控制废水的 pH,C 项正确;若 去掉阳离子膜,则阳极为 Cl-放电生成 Cl2,反应的总方程式将发生改变,D 项正确。 【答案】B 6. 如图所示,阴、阳离子交换膜电解槽中,用惰性电极电解 Na2SO4 溶液可制得硫酸和氢氧化钠溶液。 下列说法不正确的是(　　)。 A.阳极反应式为 2H2O+2e- H2↑+2OH- B.N 为阴离子交换膜 C.进口 b 补充的是稀 NaOH 溶液 D.电解过程中阳极附近溶液的 pH 不断降低 【解析】电解 Na2SO4 溶液,实际上是电解水,所以阳极反应式为 2H2O-4e- O2↑+4H+,A 项错误;由 H2 出口知电极 A 为阴极,电极 B 为阳极,阳极为水中的 OH-放电,故要不断补充阴离子,N 为阴离子交换 膜,B 项正确;电极 A 为阴极,水中的 H+放电,大量的氢氧化钠在阴极附近生成,故在 b 口加入稀氢氧化钠 以增强导电性,C 项正确;阳极反应不断地消耗水中的氢氧根离子,故 pH 不断降低,D 项正确。 【答案】A7. 金属的腐蚀除化学腐蚀和普通的电化学腐蚀外,还有“氧浓差腐蚀”(如图所示),如在管道或缝隙等处 的不同部位氧的浓度不同,氧浓度低的部位是原电池的负极。下列说法正确的是(　　)。 A.纯铁的腐蚀属于电化学腐蚀 B.钢铁发生吸氧腐蚀时,负极的电极反应式为 Fe-3e- Fe3+ C.在海轮浸水部位镶一些铜锭可起到抗腐蚀的作用 D.在图示氧浓差腐蚀中,M 极处发生的电极反应为 O2+2H2O+4e- 4OH- 【解析】纯铁发生腐蚀时,没有正极材料,不能构成原电池,所以发生化学腐蚀,A 项错误;钢铁发生 吸氧腐蚀时,负极的电极反应式为 Fe-2e- Fe2+,B 项错误;铜不如铁活泼,铜、铁在海水中形成原电池,Fe 作负极,加快了海轮的腐蚀,C 项错误;因氧浓度低的部位是原电池的负极,由图示可知,M 处 O2浓度高,该 处 O2 得到电子,其电极反应式为 O2+2H2O+4e- 4OH-,D 项正确。 【答案】D 8. 如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为(　　)。 A.②①③④⑤⑥　　　　B.⑤④③①②⑥ C.⑤④②①③⑥　　　　D.⑤③②④①⑥ 【解析】①是 Fe 为负极、碳为正极的原电池腐蚀,是铁的吸氧腐蚀,腐蚀较慢。②③④均为原电池, ③中 Fe 为正极,被保护;②④中 Fe 为负极,均被腐蚀,但 Fe 和 Cu 的金属活动性差别大于 Fe 和 Sn 的,故 Fe-Cu 原电池中 Fe 被腐蚀的速率较快。⑤是 Fe 接电源正极作阳极、Cu 接电源负极作阴极的电解腐 蚀,加快了 Fe 的腐蚀。⑥是 Fe 接电源负极作阴极、Cu 接电源正极作阳极的电解腐蚀,减缓了 Fe 的腐 蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。 【答案】C 9.利用如图装置进行实验,开始时,左右两管液面相平,密封好放置一段时间。下列说法正确的是(　　)。A.左管中 O2 得到电子,右管中 H+得到电子 B.一段时间后,左管液面低于右管液面 C.a、b 两处具有相同的电极反应式:Fe-3e- Fe3+ D.右管中溶液的 pH 减小 【解析】左管中铁丝发生吸氧腐蚀,O2 得电子,右管中铁丝发生析氢腐蚀,H+得电子,A 项正确;左管 中吸收氧气,压强减小,右管中析出氢气,压强增大,故一段时间后,左管液面上升,右管液面下降,故左管 液面高于右管液面,B 项错误;a、b 两处铁丝均作负极,电极反应式均为 Fe-2e- Fe2+,C 项错误;右管中 H+ 得电子,发生反应 2H++2e- H2↑,溶液中 c(H+)减小,pH 增大,D 项错误。 【答案】A 10. 一定条件下,碳钢腐蚀与溶液 pH 的关系如下: pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14 腐蚀快 慢 较快 慢 较快 主要产 物 Fe2+ Fe3O 4 Fe2O3 FeO-2 下列说法不正确的是(　　)。 A.在 pH6 的溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀 C.在 pH>14 的溶液中,碳钢腐蚀的正极反应式为 O2+4H++4e- 2H2O D.在煮沸除氧气后的碱性溶液中,碳钢腐蚀速率会减慢 【解析】pH6 的溶液,氧气得电子,主要发生 吸氧腐蚀,B 项正确;pH>14 的溶液,正极反应式为 O2+2H2O+4e- 4OH-,C 项错误;煮沸后除去了氧气,碳 钢的腐蚀速率会减慢,D 项正确。 【答案】C 11. 如图所示为用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图,其原理是TiO 2中的氧解离进入熔融盐 中而得到纯钛。下列说法中正确的是(　　)。A.a 极是正极,石墨极是阴极 B.反应后,石墨的质量不发生变化 C.电解过程中,O2-、Cl-均向 a 极移动 D.阴极的电极反应式为 TiO2+4e- Ti+2O2- 【解析】TiO2 发生还原反应得到纯钛,故连接高纯 TiO2 的电极是电解池的阴极,a 极是电源的负极, 石墨极是阳极,A 项错误;O2-在阳极发生氧化反应生成 O2,高温下,石墨与 O2 反应生成 CO、CO2,导致石 墨质量减小,B 项错误;电解过程中,阴离子向阳极(石墨极)移动,C 项错误;TiO2 中的氧解离进入熔融盐而 得到纯钛,发生了还原反应,生成了 Ti 和 O2-,故阴极的电极反应式为 TiO2+4e- Ti+2O2-,D 项正确。 【答案】D 12. 500 mL NaNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液中 c(NO-3)=0.3 mol·L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一 段时间后,两极均收集到气体 1.12 L(标准状况),假定电解后溶液体积仍为 500 mL,下列说法正确的是 (　　)。 A.原混合溶液中 c(Na+)=0.2 mol·L-1 B.电解后溶液中 c(H+)=0.2 mol·L-1 C.上述电解过程中共转移 0.4 mol 电子 D.电解后得到 Cu 的物质的量为 0.1 mol 【解析】阳极是阴离子放电,放电顺序为 OH->NO-3,根据题给信息,阳极一定是 OH-放电,生成 0.05 mol 氧气,阳极的电极反应式为 4OH--4e- O2↑+2H2O,故转移 0.2 mol 电子;阴极离子的放电顺序为 Cu2+>H+>Na+,所以 Cu2+先放电,然后是 H+放电,阴极生成 0.05 mol 氢气时,转移 0.1 mol 电子,根据得失电 子守恒知,Cu2+转移 0.1 mol 电子,n(Cu2+)=0.05 mol。所以原溶液中 n[Cu(NO3)2]=0.05 mol,又 n(NO-3)=0.3 mol·L-1×0.5 L=0.15 mol,则 n(NaNO3)=0.05 mol。原混合溶液中 c(Na+)=0.1 mol·L-1,A 项错误;结合以上分 析及电解总反应式 Cu2++2H2O Cu+H2↑+O2↑+2H+可知,生成 0.05 mol Cu、0.05 mol O2、0.05 mol H2 和 0.1 mol H+,电解后溶液中 c(H+)=0.1mol 0.5 L =0.2 mol·L-1,B 项正确,D 项错误;上述电解过程中共转移 0.2 mol 电子,C 项错误。 【答案】B 13.某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为 Al,其他电极均为 Cu,则下列说法正确的是(　　)。A.电流方向:电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ B.电极Ⅰ的质量减少 2.7 g 时,电极Ⅳ的质量减少 9.6 g C.c 烧杯溶液的 pH 减小 D.电极Ⅲ的电极反应式为 Cu2++2e- Cu 【解析】根据图示可知电极Ⅰ为负极,电极Ⅱ为正极,电极Ⅲ为阳极,电极Ⅳ为阴极。 【答案】A 14.全世界每年因生锈损失的钢铁,约占世界年钢铁产量的四分之一。一种钢铁锈蚀原理示意图如图所 示,下列说法中不正确的是(　　)。 铁锈蚀中的电化学过程 A.缺氧区:Fe-2e- Fe2+ B.富氧区:O2+2H2O+4e- 4OH- C.Fe 失去的电子通过电解质溶液传递给 O2 D.隔绝氧气或电解质溶液均可有效防止铁生锈 【解析】C 项,电子不能通过电解质溶液传递。 【答案】C 15. 生铁在 pH=2 和 pH=4 的盐酸中发生腐蚀。在密闭容器中,用压强传感器记录该过程的压强变化,如图所 示。下列说法中不正确的是(　　)。 A.两容器中负极反应式均为 Fe-2e- Fe2+ B.曲线 a 记录的是 pH=2 的盐酸中压强的变化 C.曲线 b 记录的容器中正极反应式是 O2+4e-+2H2O 4OH- D.在弱酸性溶液中,生铁能发生吸氧腐蚀 【解析】A 项,生铁发生腐蚀时,无论是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀,负极反应式均为 Fe-2e- Fe2+;B 项, 观察图像知,曲线 a 随着时间增加,压强增大,说明有气体生成,即发生了析氢腐蚀,所以曲线 a 记录的是 pH=2 的盐酸中压强的变化;C 项,曲线 b 的压强随时间增加而减小,说明发生了吸氧腐蚀,由于 pH=4 的 盐酸呈酸性,所以正极反应式是 O2+4e-+4H+ 2H2O;D 项,根据曲线 b 的变化趋势可知生铁在弱酸性溶 液中能发生吸氧腐蚀。 【答案】C 16.垃圾渗滤液中含有大量的氨氮物质(用 NH3 表示)和氯化物,把垃圾渗滤液加入如图所示的电解池(电 极为惰性材料)中进行净化。该净化过程分两步:第一步电解产生氧化剂,第二步氧化剂氧化氨氮物质生 成 N2。下列关于该过程的说法正确的是(　　)。 A.A 电极上发生还原反应 B.B 电极为电子的流出极 C.产生的氧化剂为 O2 D.第二步的反应为 3Cl2+2NH3 N2+6HCl 【解析】A 项,根据图示知,A 电极是电解池的阳极,该电极上发生失电子的氧化反应;B 项,B 电极为 阴极,阴极为电子的流入极;C 项,阳极反应式为 2Cl--2e- Cl2↑,产生的氧化剂为 Cl2;D 项,第二步的反应 为 3Cl2+2NH3 N2+6HCl。 【答案】D 17.电解 Na2CO3 溶液制取 NaHCO3 溶液和 NaOH 溶液的装置如图所示。下列说法中不正确的是(　　)。 A.阴极产生的物质 A 是 H2 B.溶液中 Na+由阳极室向阴极室迁移 C.阳极 OH-放电,H+浓度增大,CO2- 3 转化为 HCO-3 D.物质 B 是 NaCl,其作用是增强溶液导电性 【解析】在阴极上由水电离出的氢离子得电子生成氢气,电极反应式为 2H++2e- H2↑,故 A 项正 确;钠离子是阳离子,在电解池中由阳极室通过阳离子交换膜向阴极室迁移,故 B 项正确;阳极 OH-放电,H+浓度增大,H+和 CO2- 3 发生反应 CO2- 3 +H+ HCO-3,使 CO2- 3 转化为 HCO-3,故 C 项正确;据图可知,在 阴极室生成的是 NaOH 溶液,若物质 B 为 NaCl,则会引入杂质 Cl-,故 D 项错误。 【答案】D 18.厨房垃圾发酵液通过电渗析法处理,同时得到乳酸的原理如图所示(图中HA表示乳酸分子,A -表示乳 酸根离子)。下列说法正确的是(　　)。 A.通电后,阳极附近 pH 增大 B.电子从负极经电解质溶液回到正极 C.通电后,A-通过阴离子交换膜从阴极区进入浓缩室 D.当电路中通过 2 mol 电子的电量时,会有 1 mol O2 生成 【解析】由题图可知,阳极上电解水产生 H+和 O2,所以通电后,阳极附近 pH 减小,A 项错误;电子不 能通过电解质溶液传递,B 项错误;电解池中,阴离子向阳极方向移动,故通电后,A-通过阴离子交换膜从 阴极区进入浓缩室,C 项正确;根据阳极的电极反应式 2H2O-4e- O2↑+4H+,当电路中通过 2 mol 电子的 电量时,会有 0.5 mol O2 生成,D 项错误。 【答案】C 19.在城市中,地下常埋有纵横交错的管道和输电线路,有些地面上还铺有地铁铁轨,当有电流泄漏入潮 湿的土壤中,并与金属管道或铁轨形成回路时,就会引起金属管道、铁轨的腐蚀,原理简化如图所示,则下 列有关说法不正确的是(　　)。 A.原理图可理解为两个串联的电解装置 B.溶液中铁丝被腐蚀时,左侧有无色气体产生,附近产生少量白色沉淀,随后变为灰绿色 C.地下管道被腐蚀,不易发现,也不便维修,故应将埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等) D.溶液中铁丝左侧的电极反应式为 Fe-2e- Fe2+ 【解析】由图可知,左侧 Fe 电极与电源的正极相连为阳极,铁丝左侧为阴极,形成电解池;铁丝右侧 为阳极,右侧 Fe 电极与电源负极相连为阴极,形成电解池,故该装置可看作两个串联的电解装置,A 项正 确。铁丝左侧为阴极,发生还原反应 2H2O+2e- 2OH-+H2↑,左侧 Fe 电极生成的 Fe2+与 OH-结合生成 Fe(OH)2 白色沉淀,随后被氧化成灰绿色,B 项正确,D 项错误。将埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或 油漆等),可减缓金属管道的腐蚀,C 项正确。【答案】D 20.用粗硅作原料,熔融盐电解法制取硅烷的原理如图所示。下列叙述正确的是(　　)。 A.电源的 B 极为负极 B.可选用石英代替粗硅 C.电解时,熔融盐中 Li+向粗硅移动 D.阳极的电极反应式为 Si+4H--4e- SiH4↑ 【解析】根据该装置图,该装置为电解池,总反应为 Si+2H2 SiH4。H2 生成 H-,发生还原反应,Si 发 生氧化反应。根据电解池原理,阴极发生还原反应,阳极发生氧化反应,故通入 H2 的一极是阴极,故 A 是 负极,B 是正极,A 项错误;阳极粗硅失电子,若换成石英,即 SiO2,SiO2 中 Si 已经是+4 价,无法再失电子,故 B 项错误;电解时,熔融盐中 Li+向阴极移动,故 C 项错误;阳极粗硅生成 SiH4,故电极反应式为 Si+4H--4e- SiH4↑,故 D 项正确。 【答案】D 21.我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀, 防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　)。 A.通电时,锌环是阳极,发生氧化反应 B.通电时,阴极上的电极反应式为 2H2O+2e- H2↑+2OH- C.断电时,锌环上的电极反应式为 Zn2++2e- Zn D.断电时,仍能防止铁帽被腐蚀 【解析】通电时,锌环连接电源正极,所以是阳极,发生氧化反应,故 A 项正确;阴极为溶液中氢离子 得电子,所以电极反应式为 2H2O+2e- H2↑+2OH-,故 B 项正确;断电时发生原电池反应,由于锌的金属 活动性比铁强,故锌环失电子作负极,电极反应式为 Zn-2e- Zn2+,故 C 项错误;断电时有锌作负极,属于 牺牲阳极的阴极保护法,故 D 项正确。 【答案】C 22.用如图所示装置研究电化学原理,下列分析中错误的是(　　)。 电极材料 选项连接 a b 分析A K1K 2 石墨 铁 模拟铁的吸氧腐蚀 B K1K 2 锌 铁 模拟钢铁防护中牺牲阳极的阴极保护法 C K1K 3 石墨 铁 模拟电解饱和食盐水 D K1K 3 铁 石墨 模拟钢铁防护中外加电流的阴极保护法 【解析】若 K1、K2 连接,a 为石墨,b 为铁,该装置形成原电池,由于饱和食盐水呈中性,此时铁发生 吸氧腐蚀,A 项正确;若 K1、K2 连接,a 为锌,b 为铁,该装置形成原电池,Zn 的金属活动性强于 Fe,则 Zn 作 负极,发生氧化反应而被腐蚀,Fe 作正极受到保护,属于牺牲阳极的阴极保护法,B 项正确;若 K1、K3 连 接,a 为石墨,b 为铁,该装置形成电解池,a 极与电源的正极相连,b 极与电源的负极相连,则 a 极为阳极,b 极为阴极,电解的总反应式为 2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2↑+H2↑,C 项正确;若 K1、K3 连接,a 为铁,b 为石墨, 该装置形成电解池,则 Fe 作阳极,发生氧化反应而被腐蚀,而外加电流的阴极保护法中,被保护的金属应 与电源的负极相连,D 项错误。 【答案】D 23.高铁酸钠(Na2FeO4)是具有紫色光泽的粉末,是一种高效绿色强氧化剂,碱性条件下稳定,可用于废水 和生活用水的处理。实验室以石墨和铁钉为电极,以不同浓度的 NaOH 溶液为电解质溶液,控制一定电 压电解制备高铁酸钠,电解装置和现象如下: c(NaOH) 阴极现象 阳极现象 1 mol·L-1 产生无色气体 产生无色气体,10 min 内溶液颜色无明显变化 10 mol·L-1 产生大量无色 气体 产生大量无色气体,3 min 后溶液变为浅紫红色,随 后逐渐加深 15 mol·L-1 产生大量无色 气体 产生大量无色气体,1 min 后溶液变为浅紫红色,随 后逐渐加深 下列说法中不正确的是(　　)。 A.a 为铁钉,b 为石墨 B.阴极主要发生反应:2H2O+2e- H2↑+2OH- C.高浓度的 NaOH 溶液,有利于发生反应:Fe-6e-+8OH- FeO2- 4 +4H2O D.制备 Na2FeO4 时,若用饱和 NaCl 溶液,可有效避免阳极产生气体 【解析】A 项,制备高铁酸钠需要铁在阳极放电,发生氧化反应,即 a 为铁钉,b 为石墨;B 项,电解池 的阴极上阳离子放电,水电离的 H+放电能力强于 Na+,故阴极的电极反应式为 2H2O+2e- H2↑+2OH-;C 项,观察实验现象,碱性越强,越易生成 FeO2- 4 ,故高浓度的 NaOH 溶液,有利于发生反应 Fe-6e-+8OH- FeO2- 4 +4H2O;D 项,若选用饱和 NaCl 溶液,因 Cl-放电能力强于 OH-,在阳极更容易产生气体。 【答案】D 24.探究电场作用下阴、阳离子的迁移。a、b、c、d 均为石墨电极,电极间距 4 cm。将 pH 试纸用不同 浓度 Na2SO4 溶液充分润湿,进行如下实验: 实验现象: 时间 试纸Ⅰ 试纸Ⅱ 1 min a 极附近试纸变 红,b 极附近试纸 变蓝 c 极附近试纸变红,d 极附近…… 10 min 红色区和蓝色区 不断向中间扩展, 相遇时红色区约 2.7 cm,蓝色区约 1.3 cm 两极颜色范围扩大不明显,试纸大部分仍为黄色 下列说法不正确的是(　　)。 A.d 极附近试纸变蓝 B.a 极附近试纸变红的原因是 2H2O+2e- H2↑+2OH- C.对比试纸Ⅰ和试纸Ⅱ的现象,说明电解质溶液浓度影响 H+和 OH-的迁移 D.试纸 Ⅰ 的现象说明,此环境中 H+的迁移速率比 OH-快 【解析】A 项,d 极为阴极,H+在阴极发生还原反应生成氢气,d 极附近 OH-浓度增大,pH 试纸变蓝;B 项,a 极为阳极,OH-在阳极上发生氧化反应生成氧气,即 2H2O-4e- O2↑+4H+,a 极附近 H+浓度增大,pH 试纸变红;C 项,10 min 以后,试纸Ⅰ和试纸Ⅱ的现象不同,说明电解质溶液浓度对 H+和 OH-的迁移有影 响;D 项,试纸Ⅰ红色区约 2.7 cm,蓝色区约 1.3 cm,说明此环境中 H+的迁移速率比 OH-快。 【答案】B25.科学工作者研发了一种 SUNCAT 的系统,借助锂循环可持续合成氨,其原理如图所示。下列说法中 不正确的是(　　)。 A.过程Ⅰ得到的 Li3N 中 N 元素的化合价为-3 价 B.过程Ⅱ生成 W 的反应:Li3N+3H2O 3LiOH+NH3↑ C.过程Ⅲ中能量转化的形式:化学能转化为电能 D.过程Ⅲ涉及反应:4OH--4e- O2↑+2H2O 【解析】A 项,过程Ⅰ得到的 Li3N 中 Li 元素的化合价为+1 价,则 N 元素的化合价为-3 价;B 项,根 据原理图可知,过程Ⅱ中 Li3N 和水反应生成氨气和 W,W 分解可生成 Li、O2 和 H2O,则 W 为 LiOH,化 学方程式为 Li3N+3H2O 3LiOH+NH3↑;C 项,过程Ⅲ中氢氧化锂转变为锂、氧气和水,应该是电解过程, 能量转化的形式为电能转化为化学能;D 项,过程Ⅲ的阳极反应式为 4OH--4e- O2↑+2H2O。 【答案】C 26.臭氧是常见的强氧化剂,广泛用于水处理系统。制取臭氧的方法很多,其中高压放电法和电解纯水法 原理如图所示,下列有关说法不正确的是(　　)。 A.高压放电法,反应的原理为 3O2 2O3 B.高压放电出来的空气中,除含臭氧外还含有氮的氧化物 C.电解纯水时,电极 b 周围发生的电极反应有 6OH--6e- O3↑+3H2O 和 4OH--4e- O2↑+2H2O D.电解水时,H+由电极 a 经聚合电解质薄膜流向电极 b 【解析】由高压放电法原理图可知,氧气在放电的条件下生成臭氧,高压放电法反应的原理为 3O2 2O3,故 A 项正确。空气中含有氮气与氧气,在高压放电条件下二者可以反应生成 NO 等,故 B 项正确。 由电解纯水法原理图可知,b 电极发生氧化反应,生成氧气和臭氧,同时有氢离子生成,电极 b 周围发生的 电极反应有:3H2O-6e- O3↑+6H+或 6OH--6e- O3↑+3H2O;2H2O-4e- O2↑+4H+或 4OH--4e- O2↑+2H2O,故 C 项正确。a 电极生成氢气,H+在 a 电极放电,H+由电极 b 经聚合电解质薄膜流向电极 a, 故 D 项错误。 【答案】D27.下列实验设计及其对应的离子方程式均正确的是(　　)。 A.向稀硝酸中滴加 Na2SO3 溶液:SO2- 3 +2H+ SO2↑+H2O B.用 FeCl3 溶液腐蚀铜来制作印刷电路板:2Fe3++Cu 2Fe2++Cu2+ C.向 Na2SiO3 溶液中通入过量 SO2:SiO2- 3 +SO2+H2O H2SiO3↓+SO2- 3 D.用 NaOH 溶液吸收 NO2 气体:3NO2+2OH- 2NO-3+NO↑+H2O 【解析】硝酸是氧化性酸,Na2SO3 具有还原性,两者发生氧化还原反应,故 A 项错误;铜和 Fe3+发生 氧化还原反应 2Fe3++Cu Cu2++2Fe2+,故 B 项正确;向 Na2SiO3 溶液中通入过量 SO2:SiO2- 3 +2SO2+2H2O H2SiO3↓+2HSO-3,故 C 项错误;NaOH 溶液吸收 NO2 气体,其离子方程式为 2NO2+2OH- NO-3+NO-2 +H2O,故 D 项错误。 【答案】B 28.T ℃时,NaCl 的溶解度为 a g/(100 g 水),取该温度下的饱和氯化钠溶液 V mL,测得其密度为 ρ g·cm-3, 则下列表达式正确的是(　　)。 A.w(NaCl)= 푎 푎 + 100% B.n(NaCl)= 푉휌 58.5 mol C.c(NaCl)= 푎휌 58.5 × (푎 + 100) mol·L-1 D.n(NaCl)= 푎푉휌 58.5 × (푎 + 100) mol 【解析】该温度下饱和氯化钠溶液的质量分数 w(NaCl)= 푎 푎 + 100×100%= 100푎 푎 + 100%,A 项错误;V mL 饱 和氯化钠溶液的质量为 ρ g·cm-3×V mL=ρV g,溶液中氯化钠的质量分数为 100푎 푎 + 100%,则溶液中 n(NaCl)= 푉휌g × 100푎 푎 + 100% 58.5 g·mol-1 = 푎푉휌 58.5 × (푎 + 100) mol,B 项错误,D 项正确;该饱和氯化钠溶液的浓度 c(NaCl)= 푎푉휌 58.5 × (푎 + 100) mol÷(V×10-3L)= 1000푎휌 58.5 × (푎 + 100) mol·L-1,C 项错误。 【答案】D 29. A、B、C、D、E、F 是原子序数依次增大的短周期主族元素,A、E 在元素周期表中的相对位置如 图,A 与 C 元素能形成两种无色气体,C 是地壳中含量最多的元素,D 是地壳中含量最多的金属元素。 A E (1)C 在元素周期表中的位置为　　　　,其离子的结构示意图为　　　　。 (2)AE2 的电子式为　。 (3)C、E、F 的单质沸点最低的是　　　　(填化学式)。 (4)C、D、E、F 的简单离子半径由大到小的顺序是　　　　(填离子符号)。 (5)实验室制取 F2 气体的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (6)在微电子工业中,B 的最简单气态氢化物的水溶液可作刻蚀剂 H2O2 的清除剂,所发生反应的产物不 污染环境,其化学方程式为　　　　　　　　　　　　。 【解析】由题中所给信息可知,A、B、C、D、E、F 是原子序数依次增大的短周期主族元素,C 是 地壳中含量最多的元素,则 C 为氧元素;A 能与氧元素形成两种无色气体,则 A 为碳元素;D 为铝元素,且 图中给出了 A 和 E 在元素周期表中的相对位置,则 B 为氮元素,E 是硫元素,F 为氯元素。(1)C 为氧元素, 在元素周期表中的位置为第二周期ⅥA 族;O2-的结构示意图为 。(2)AE2 为 CS2,其电子式为·· S ·· · · · · C·· · · ·· S ·· 。 (3)C、E、F 的单质分别是 O2、S、Cl2,通常状态下,S 是固体,O2 和 Cl2 是气体,且 O2 和 Cl2 是组成相似 的分子晶体,O2 的相对分子质量小于 Cl2,因此 O2 的沸点最低。(4)具有相同电子层结构的离子,核电荷 数越大,离子半径越小。具有不同电子层结构的离子,电子层数越多,离子半径越大。因此离子半径 S2->Cl->O2->Al3+。(5)实验室使用二氧化锰和浓盐酸反应制取氯气,其离子方程式为 MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O。(6)B 为 N 元素,其最简单的气态氢化物的水溶液为 NH3·H2O,与 H2O2 反应的化学方 程式为 2NH3·H2O+3H2O2 N2↑+8H2O。 【答案】(1)第二周期ⅥA 族　 (2) ·· S ·· · · · · C·· · · ·· S ·· (3)O2 (4)S2->Cl->O2->Al3+ (5)MnO2+4H++2Cl- Mn2++Cl2↑+2H2O (6)2NH3·H2O+3H2O2 N2↑+8H2O 30.碳、硫的含量影响钢铁性能。某兴趣小组用如下流程对钢样进行探究。 (1)钢样中硫元素以 FeS 形式存在,FeS 在足量氧气中灼烧,生成的固体产物中 Fe、O 两种元素的质量之 比为 21∶8,则该固体产物的化学式为　　　　。 (2)检验钢样灼烧生成气体中的 CO2,需要的试剂是　　　(填字母)。 a.酸性 KMnO4 溶液　　　b.澄清石灰水c.饱和 NaHCO3 溶液d.浓 H2SO4 (3)取 10.00 g 钢样在足量氧气中充分灼烧,将生成的气体用足量 1%的 H2O2 溶液充分吸收,再用 0.1000 mol·L-1NaOH 溶液滴定吸收液至终点,消耗 NaOH 溶液 20.00 mL;另取 10.00 g 钢样在足量氧气中充分 灼烧,将生成的气体通过盛有足量碱石灰的 U 形管(如图),U 形管增重 0.614 g。 ①用 1%H2O2 溶液吸收 SO2,发生反应的离子方程式为　　　　　　　　　　。 ②分别计算该钢样中硫、碳元素的质量分数(写出计算过程)。 ③实验测得的碳元素质量分数偏高,其可能的原因是　　　　(填字母)。 a.U 形管中生成的亚硫酸盐吸收了 O2 b.碱石灰吸收了空气中的 CO2 c.气体通过碱石灰的流速过快,未被充分吸收 【解析】(1)设固体产物的化学式为 FexOy,则 x∶y=21 56∶ 8 16=3∶4,所以化学式是 Fe3O4。(2)由于灼烧 生成气体中除含有 CO2 外还含有 SO2,所以先用酸性 KMnO4 溶液除去 SO2,再用澄清石灰水检验 CO2。 (3)①SO2 被 H2O2 氧化:SO2+H2O2 2H++SO2- 4 。②由于 NaOH 只与生成的 H2SO4 反应,所以可根据消耗 的 NaOH 的量计算出硫的量,从而计算出硫的质量分数,U 形管增加的质量的是 CO2 和 SO2 的总质量,所 以根据硫的量可计算出生成 SO2 的质量,再用总增重减去 SO2 的质量可得 CO2 的质量,从而求出碳的量, 最终求出碳的质量分数。③a 项,亚硫酸盐吸收了 O2 使得增重变大,由于硫的量已确定,所以增重的部分 被认为是 CO2 的量,从而使得碳的质量分数偏高;b 项,空气中的 CO2 被认为是生成的 CO2,从而使得碳的 质量分数偏高;c 项,流速过快使得气体没有被完全吸收,使得增重变小,所以碳的质量分数变小。 【答案】(1)Fe3O4　(2)ab (3)①H2O2+SO2 2H++SO2- 4 ②n(S)=n(SO2)=1 2n(NaOH)=1 2×0.02000 L×0.1000 mol·L-1=1.000×10-3 mol w(S)=1.000 × 10-3mol × 32 g·mol-1 10.00 g ×100%=0.32% m(SO2)=1.000×10-3 mol×32 g·mol-1÷32 64=0.064 g m(CO2)=0.614 g-m(SO2)=0.550 g n(C)=n(CO2)= 0.550 g 44 g·mol-1=0.0125 mol w(C)=0.0125mol × 12 g·mol-1 10.00 g ×100%=1.5%③ab 31.能源是国民经济发展的重要基础,我国目前使用的能源主要是化石燃料。 (1)熔融盐燃料电池具有高的发电效率,因而受到重视。可用熔融的碳酸盐作为电解质,向负极充入燃料 气 CH4,用空气与 CO2 的混合气作为正极的助燃气,以石墨为电极材料,制得燃料电池。工作过程中,CO2- 3 移向　　　　(填“正”或“负”)极,已知充入 CH4 的一极的电极反应式为 CH4+4CO2- 3 -8e- 5CO2+2H2O,则 另一极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)利用上述燃料电池,按图 1 所示装置进行电解,A、B、C、D 均为铂电极,回答下列问题。 Ⅰ.甲槽电解的是 200 mL 一定浓度的 NaCl 与 CuSO4 的混合溶液,理论上两极所得气体的体积随时间变 化的关系如图 2 所示(气体体积已换算成标准状况下的体积,电解前后溶液的体积变化忽略不计)。 ①原混合溶液中 NaCl 的物质的量浓度为　　　　　　mol·L-1,CuSO4 的物质的量浓度为　　　　　　 mol·L-1。 ②t2 时所得溶液的 pH=　　　　。 Ⅱ.乙槽为 200 mL CuSO4 溶液,乙槽内电解的总离子方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ①当 C 极析出 0.64 g 物质时,乙槽溶液中生成的 H2SO4 为　　　　mol。电解后,要使乙槽内的溶液完 全复原,可向乙槽中加入　　　　(填字母)。 A.Cu(OH)2　　　　　　B.CuO C.CuCO3 D.Cu2(OH)2CO3 ②若通电一段时间后,向所得的乙槽溶液中加入 0.2 mol 的 Cu(OH)2 才能恰好恢复到电解前的浓度,则 电解过程中转移的电子数为　　　　。 【解析】(1)燃料电池工作过程中,熔融盐中的阴离子向负极移动,即 CO2- 3 移向负极。CH4 在负极发 生氧化反应生成 CO2 和 H2O,该燃料电池的总反应式为 CH4+2O2 CO2+2H2O,结合得失电子守恒、负 极反应式和电池总反应式推知,正极反应式为 O2+2CO2+4e- 2CO2- 3 。 (2)Ⅰ.①A、B、C、D 均为惰性电极 Pt,甲槽电解 NaCl 和 CuSO4 的混合液,阳极上离子放电顺序为 Cl->OH->SO2- 4 ,阴极上离子放电顺序为 Cu2+>H+>Na+,开始阶段阴极上析出 Cu,阳极上产生 Cl2,则图中曲 线 a 代表阴极产生气体体积的变化,曲线 b 代表阳极产生气体体积的变化。阳极上发生的反应依次为 2Cl--2e- Cl2↑、4OH--4e- 2H2O+O2↑,由曲线 b 可知,Cl-放电完全时生成 224 mL Cl2,根据 Cl 原子守 恒可知,溶液中c(NaCl)= 0.01mol × 2 0.2 L =0.1 mol·L-1;阴极上发生的反应依次为Cu 2++2e- Cu、2H++2e- H2↑,由曲线 b 可知 Cu2+放电完全时,阳极上产生 224 mL Cl2 和 112 mL O2,则电路中转移电子的物质的量为 0.01 mol×2+0.005 mol×4=0.04 mol,据得失电子守恒可知 n(Cu2+)=0.04 mol×1 2=0.02 mol,故混合液中 c(CuSO4)=0.02mol 0.2 L =0.1 mol·L-1。 ②0~t1 时间段内相当于电解 CuCl2,电解反应式为 CuCl2 Cu+Cl2↑,t1~t2 时间段内相当于电解 CuSO4,而电解 CuSO4溶液的离子方程式为 2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+,则生成 H+的物质的量为 0.005 mol×4=0.02 mol,则有 c(H+)=0.02mol 0.2 L =0.1 mol·L-1,故溶液的 pH=1。 Ⅱ.电解 CuSO4 溶液时,Cu2+在阴极放电,水电离的 OH-在阳极放电,故电解的总离子方程式为 2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+。①C 极为阴极,电极反应式为 Cu2++2e- Cu,析出 0.64 g Cu(0.01 mol)时, 生成 H2SO4 的物质的量也为 0.01 mol。电解 CuSO4 溶液时,阴极析出 Cu,阳极上产生 O2,故可向电解质 溶液中加入 CuO、CuCO3 等使电解质溶液完全复原。 ②加入 0.2 mol Cu(OH)2 相当于加入 0.2 mol CuO 和 0.2 mol H2O,则电解过程中转移电子的物质的 量为 0.2 mol×2+0.2 mol×2=0.8 mol,即 0.8NA 个电子。 【答案】(1)负　O2+2CO2+4e- 2CO2- 3 (2)Ⅰ.①0.1　0.1　②1 Ⅱ.2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+　①0.01　BC　②0.8NA 32.某小组同学用如图装置电解食盐水,并对电解产物进行探究。 实验现象 实验装置 电解质溶 液 a 极附近 b 极附近 5 mol·L-1 NaCl 溶 液 开始时,产生白 色浑浊并逐渐 增多,当沉入 U 形管底部时部 分沉淀变为橙 黄色;随后 a 极 附近沉淀自下 而上也变为橙 黄色 产生无色 气泡 资料显示:①氯化亚铜(CuCl)为白色粉末,微溶于水; ②氢氧化亚铜(CuOH)为黄色不溶于水的固体,易脱水分解为红色的 Cu2O;③Cu+在水溶液中不稳定,酸性条件下易歧化为 Cu2+和 Cu; ④氢氧化铜可以溶于浓 NaOH 溶液得到蓝色溶液。 (1)经检验,b 极产生的气体是 H2,b 极附近溶液的 pH　　　　(填“增大”“减小”或“不变”);铜丝 a 应与电 源的　　　　(填“正”或“负”)极相连。 (2)同学们分析 a 极附近生成的白色浑浊是 CuCl,则该极的电极反应式 是　　　　　　　　　　　　　　　。 (3)①橙黄色沉淀中含有 Cu2O,则 CuCl 转化为 Cu2O 的原因是　　　　　　　　　　(用离子方程式表 示); ②结合离子在溶液中的运动规律,解释“a 极附近沉淀自下而上”变为橙黄色的原因: 　。 (4)同学们通过实验进一步证实沉淀中含有 Cu2O:将橙黄色沉淀滤出洗涤后,滴加 0.2 mol·L-1 H2SO4 溶 液至过量,应观察到的现象是 　。 (5)同学们根据上述实验提出猜想:电解时,Cu 作阳极先被氧化为 CuOH。为此,他们用 Cu 电极电解 5 mol·L-1 NaOH 溶液,实验时观察到阳极产生大量无色气泡,附近溶液变蓝,未见预期的黄色沉淀。 根据 现象能否得出“该猜想不成立”的结论,并说明理由:　　　　　　　　　　　　　　　。 【解析】(1)b 极产生的气体是 H2,说明水电离产生的 H+放电,故 b 极附近溶液的 pH 增大;结合 a 极 附近现象和已知资料知,a 极附近生成 Cu+,故铜丝 a 作阳极,应与电源的正极相连。 (2)铜失去电子生成 Cu+,溶液中的 Cl-与 Cu+结合产生 CuCl 沉淀,电极反应式是 Cu-e-+Cl- CuCl。 (3)①CuCl 在碱性条件 下转化为 CuOH,CuOH 脱水分解产生红色的 Cu2O,故 CuCl 转化为 Cu2O 的离子方程式是 CuCl+OH- CuOH+Cl-、2CuOH Cu2O+H2O; ②通电时,在阴极产生的 OH-向阳极定向移动,a 极附近白色沉淀 CuCl 逐渐转化为黄色的 CuOH, CuOH 脱水生成红色的 Cu2O,故 a 极附近沉淀自下而上变为橙黄色。 (4)Cu+在水溶液中不稳定,酸性条件下易歧化为 Cu2+和 Cu,若橙黄色沉淀中含有 Cu2O,则加酸后沉淀溶 解,溶液变蓝,且有少量红色固体产生。 (5)阳极产生的大量无色气泡为氧气,O2 可将 CuOH 氧化,故不能 得出猜想不成立的结论。 【答案】(1)增大　正 (2)Cu-e-+Cl- CuCl (3)①CuCl+OH- CuOH+Cl-、2CuOH Cu2O+H2O ②通电时,在阴极产生的 OH-向阳极定向移动 (4)沉淀溶解,溶液变蓝,且有少量红色固体产生 (5)不能,阳极产生的大量 O2 可能将 CuOH 氧化