課時規(guī)范練22電解池金屬的腐蝕與防護一、選擇題:本題共7小題,每小題只有一個選項符合題目要求。1.關(guān)于圖中裝置說法正確的是()A.裝置中電子移動的方向:負(fù)極→Fe→M溶液→石墨→正極B.若M為滴加酚酞的NaCl溶液,通電一段時間后,鐵電極附近溶液顯紅色C.若M為CuSO4溶液,可以實現(xiàn)在石墨上鍍銅D.若將電源反接,M為NaCl溶液,可用于制備Fe(OH)2并使其較長時間保持白色2.關(guān)于下列裝置分析正確的是()A.裝置甲中陽極上析出紅色物質(zhì)B.若裝置甲起始階段兩極質(zhì)量相同,電流表中通過0.1mol電子,則裝置甲兩極質(zhì)量差為3.2gC.若裝置乙通電一段時間后,撤去直流電源,電流表指針可能偏轉(zhuǎn)D.可以將裝置乙中的銅片更換為鋅片制成鍍鋅鐵3.(2024廣西河池模擬)高鐵酸鈉(Na2FeO4)是一種新型綠色消毒劑,主要用于飲用水處理。工業(yè)上制備高鐵酸鈉有多種方法,以Fe、Ni為電極制取Na2FeO4的原理如圖所示,制備過程中定期向Ⅱ補充NaOH溶液。下列敘述錯誤的是()A.Fe電極與外接直流電源正極相連B.Ni電極的電極反應(yīng)為4OH--4e-2H2O+O2↑C.電解時,Ⅱ室中的Na+向Ⅰ室移動D.理論上每轉(zhuǎn)移1.2mol電子,Ⅰ室中溶液質(zhì)量增加26.4g4.(2024廣西等級考適應(yīng)性測試)利用如圖的電化學(xué)裝置,可實現(xiàn)對CO2的固定。下列說法錯誤的是()A.ClO4-向B.a電極的電極反應(yīng)為+CO2+2e-+F-C.電解過程中有H+生成D.b電極的Pt用Cu代替后總反應(yīng)不變5.(2025八省聯(lián)考云南卷)低空經(jīng)濟為新能源電池拓寬了應(yīng)用場景。一種新型光伏電池工作原理如圖所示,其中KI-KI3為電解質(zhì)溶液。太陽光照下,敏化后的TiO2產(chǎn)生電子(e-)和空穴(h+),驅(qū)動電流產(chǎn)生和離子移動。下列說法錯誤的是()A.電池工作時,涉及光能轉(zhuǎn)化為電能B.敏化TiO2電極是負(fù)極C.Pt電極反應(yīng)為3I--2e-I3D.光敏化劑結(jié)構(gòu)中,中心離子Ru2+的配位數(shù)是66.我國科學(xué)家設(shè)計的CO2熔鹽捕獲與轉(zhuǎn)化裝置如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是()A.由圖可知捕獲CO2過程的初期發(fā)生了氧化還原反應(yīng)B.熔鹽可用CCl4代替C.d極的電極反應(yīng)式CO32--4e-D.轉(zhuǎn)移1mol電子該裝置最終可捕獲CO25.6L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)7.(2023全國甲卷)用可再生能源電還原CO2時,采用高濃度的K+抑制酸性電解液中的析氫反應(yīng)來提高多碳產(chǎn)物(乙烯、乙醇等)的生成率,裝置如圖所示。下列說法正確的是()A.析氫反應(yīng)發(fā)生在IrOx-Ti電極上B.Cl-從Cu電極遷移到IrOx-Ti電極C.陰極發(fā)生的反應(yīng)有2CO2+12H++12e-C2H4+4H2OD.每轉(zhuǎn)移1mol電子,陽極生成11.2L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)二、非選擇題:本題共2小題。8.(1)環(huán)戊二烯()可用于制備二茂鐵[Fe(C5H5)2],結(jié)構(gòu)簡式為,后者廣泛應(yīng)用于航天、化工等領(lǐng)域中。二茂鐵的電化學(xué)制備原理如圖所示,其中電解液為溶解有溴化鈉(電解質(zhì))和環(huán)戊二烯的DMF溶液(DMF為惰性有機溶劑)。該電解池的陽極為,總反應(yīng)為。

電解制備需要在無水條件下進行,原因為

。

(2)可利用太陽能光伏電池電解水制高純氫,工作示意圖如圖。通過控制開關(guān)連接K1或K2,可交替得到H2和O2。①制H2時,連接。產(chǎn)生H2的電極反應(yīng)式是。

②改變開關(guān)連接方式,可得O2。③結(jié)合①和②中電極3的電極反應(yīng)式,說明電極3的作用:

。

(3)CH4和CO2都是比較穩(wěn)定的分子,科學(xué)家利用電化學(xué)裝置實現(xiàn)兩種分子的耦合轉(zhuǎn)化,其原理如下圖所示:①陰極上的反應(yīng)式為。

②若生成的乙烯和乙烷的體積比為2∶1,則消耗的CH4和CO2體積比為。

9.(1)電解法轉(zhuǎn)化CO2可實現(xiàn)CO2的資源化利用。電解CO2制HCOOH的原理示意圖如圖1。圖1①寫出陰極CO2還原為HCOO-的電極反應(yīng):。

②電解一段時間后,陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低,其原因是

。

(2)化工生產(chǎn)的副產(chǎn)物氫也是氫氣的來源。電解法可制取有廣泛用途的Na2FeO4,同時獲得氫氣:Fe+2H2O+2OH-FeO42-+3H2↑,工作原理如圖2所示。裝置通電后,鐵電極附近生成紫紅色FeO42-,鎳電極有氣泡產(chǎn)生。若氫氧化鈉溶液濃度過高,鐵電極區(qū)會產(chǎn)生紅褐色物質(zhì)。已知:Na2FeO4只在強堿性條件下穩(wěn)定①電解一段時間后,c(OH-)降低的區(qū)域在(填“陰極室”或“陽極室”)。

②電解過程中,須將陰極產(chǎn)生的氣體及時排出,其原因:

。

③c(Na2FeO4)隨初始c(NaOH溶液)的變化如圖3,任選M、N兩點中的一點,分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因:

。

參考答案課時規(guī)范練22電解池金屬的腐蝕與防護1.B解析電子不能進入溶液中,A項錯誤;由圖可知鐵電極為陰極,水電離出的氫離子在陰極得電子生成氫氣,電極反應(yīng)式為2H2O+2e-H2↑+2OH-,陰極附近OH-濃度增大,堿性增強,使酚酞溶液變紅,B項正確;若M為CuSO4溶液,Cu在鐵電極表面析出,C項錯誤;若將電源反接,鐵作陽極,則鐵失電子生成Fe2+,石墨作陰極,水電離出的氫離子在陰極得到電子生成氫氣,溶液中的OH-濃度增大,Fe2+和OH-反應(yīng)生成氫氧化亞鐵沉淀,但是溶液中的氧氣能夠?qū)溲趸瘉嗚F氧化為紅褐色的氫氧化鐵沉淀,則氫氧化亞鐵不能較長時間保持白色,D項錯誤。2.B解析由題圖可知,裝置甲為電解池,右側(cè)石墨電極為陽極,氯離子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣,A項錯誤;裝置甲左側(cè)石墨電極上析出銅單質(zhì),轉(zhuǎn)移0.1mol電子,會生成3.2g銅單質(zhì),右側(cè)石墨電極上無固體析出,兩極質(zhì)量差為3.2g,B項正確;由題圖可知,裝置乙為電鍍池,陽極電極反應(yīng)式為Cu-2e-Cu2+,陰極電極反應(yīng)式為Cu2++2e-Cu,所以電解池工作一段時間后,鐵制品表面鍍上一層銅,撤去直流電源無法形成原電池,電流表指針不會偏轉(zhuǎn),C項錯誤;將銅片更換為鋅片,陽極的電極反應(yīng)式為Zn-2e-Zn2+,氧化性:Zn2+<Cu2+,放電順序Cu2+優(yōu)先,故無法實現(xiàn)鐵上鍍鋅,D項錯誤。3.B解析Fe電極作陽極,將與外接直流電源正極相連,A項正確;Ni電極為陰極,陰極反應(yīng)為2H2O+2e-H2↑+2OH-,B項錯誤;Fe電極為陽極,Ni電極為陰極,陽離子向陰極遷移,故Ⅱ室中的Na+向Ⅰ室移動,C項正確;外電路中每通過1.2mol電子,根據(jù)2H2O+2e-H2↑+2OH-,有0.6molH2生成,同時有1.2molNa+進入Ⅰ室,Ⅰ室中溶液質(zhì)量增加:1.2mol×23g·mol-1-0.6mol×2g·mol-1=26.4g,D項正確。4.D解析由圖可知,a電極和CO2得電子,發(fā)生還原反應(yīng),為陰極,則b為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng),水放電生成O2和H+。電解池陽極吸引陰離子,ClO4-向b電極移動,A項正確;a電極和CO2得電子,電極反應(yīng)為+CO2+2e-+F-,B項正確;b為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng),水放電生成O2和H+,電極反應(yīng)為2H2O-4e-O2↑+4H+,C項正確;b電極為陽極,Pt用Cu代替后,Cu放電生成Cu2+,則總反應(yīng)會發(fā)生變化,D項錯誤。5.C解析該裝置是光伏電池,太陽光照下敏化后的TiO2產(chǎn)生電子(e-)和空穴(h+),驅(qū)動電流產(chǎn)生和離子移動,所以電池工作時,涉及光能轉(zhuǎn)化為電能,A項正確;太陽光照下,敏化后的TiO2產(chǎn)生電子(e-)和空穴(h+),即敏化TiO2電極失電子為負(fù)極,B項正確;Pt電極為正極,發(fā)生得電子的還原反應(yīng),Pt電極電極反應(yīng)為I3-+2e-3I-,C項錯誤;由圖可知,光敏化劑結(jié)構(gòu)中,中心離子Ru2+與6個N原子成鍵,則配位數(shù)是6,D6.D解析由圖可知捕獲CO2過程的初期CO2與O2-反應(yīng)生成CO32-和C2O52-,元素化合價不變,為非氧化還原反應(yīng),A錯誤;CCl4不能導(dǎo)電,無法形成電解池,B錯誤;d極電極上CO32-得電子生成C,電極反應(yīng)為CO32-+4e-C+3O2-,C錯誤;碳元素的化合價由+4價變?yōu)?價,則轉(zhuǎn)移1mol7.C解析根據(jù)電還原CO2可知IrOx-Ti電極為電解池陽極,Cu電極為電解池陰極。析氫反應(yīng)發(fā)生在陰極(Cu電極)上,A項錯誤;質(zhì)子交換膜只允許兩極區(qū)轉(zhuǎn)移H+,B項錯誤;2C+4O2C2-2H4,結(jié)合H2SO4溶液和電荷守恒可知陰極反應(yīng)有2CO2+12H++12e-C2H4+4H2O,C項正確;2H2O-4e-O2↑+4H+4mol 22.4L1mol V(O2)解得V(O2)=5.6L,D項錯誤。8.答案(1)Fe電極Fe+2+H2↑[或Fe+2C5H6Fe(C5H5)2+H2↑]水會阻礙中間物Na的生成;水會電解生成OH-,進一步與Fe2+反應(yīng)生成Fe(OH)2(2)①K12H2O+2e-H2↑+2OH-③制H2時,電極3發(fā)生反應(yīng):Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O。制O2時,上述電極反應(yīng)逆向進行,使電極3得以循環(huán)使用(3)①CO2+2e-CO+O2-②6∶5解析(1)根據(jù)Fe的化合價升高為+2價可知,Fe發(fā)生氧化反應(yīng),故Fe作陽極;根據(jù)二茂鐵的分子式可知,兩個環(huán)戊二烯去掉2個H原子,再結(jié)合所給信息,可得總反應(yīng)方程式為Fe+2+H2↑或Fe+2C5H6Fe(C5H5)2+H2↑。有水存在的條件下,Na+不能得到電子生成Na,而是H2O得電子生成H2和OH-,OH-會與Fe2+反應(yīng)生成Fe(OH)2。(2)①根據(jù)題圖中電極3的轉(zhuǎn)化關(guān)系可知,制H2時,連接K1。堿性條件下,生成H2的電極反應(yīng)為2H2O+2e-H2↑+2OH-。③①中電極3反應(yīng)式為Ni(OH)2+OH--e-NiOOH+H2O,消耗生成H2時產(chǎn)生的OH-。而②中電極3的電極反應(yīng)式為NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,補充生成O2所需的OH-,同時保證電極3得以循環(huán)使用。(3)由題圖可知,陽極上CH4轉(zhuǎn)化成C2H6、C2H4、H2O:2CH4-2e-+O2-C2H6+H2O,2CH4-4e-+2O2-C2H4+2H2O。陰極上CO2轉(zhuǎn)化成CO和O2-:CO2+2e-CO+O2-。相同條件下,氣體的體積比等于氣體的物質(zhì)的量之比,若生成乙烯和乙烷的體積比為2∶1,則每生成2molC2H4、1molC2H6,轉(zhuǎn)移電子10mol、消耗6molCH4,根據(jù)得失電子守恒可知消耗5molCO2。則消耗的CH4和CO2的體積比為6∶5。9.答案(1)①CO2+H++2e-HCOO-(或CO2+HCO3-+2e-HCOO-+CO32-)②陽極產(chǎn)生O2和H+,HCO3-濃度降低(2)①陽極室②防止Na2FeO4與H2反應(yīng)使產(chǎn)率降低③M點:c(OH-)低,Na2FeO4穩(wěn)定性差,且反應(yīng)慢[或N點:c(OH-)過高,鐵電極上有Fe(OH)3生成,使Na2FeO4產(chǎn)率降低]解析(1)①CO2中的C元素為+4價,HCOO-中的C元素為+2價,1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOO-時,得2mole-。②陽極上水放電,生成O2和H+,H+會與HCO3-反應(yīng)使HCO3-減少,由電荷平衡可知,K+會移向陰極區(qū),(2)①根據(jù)題意,鎳電極與電池的負(fù)極相連,為陰極,則鎳電極有氣泡產(chǎn)生是水電離出的H+得電子生成H2,陰極的電極反應(yīng)為2H2O+2e