高考作业(二十) 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
A组 全员必做题
1．(2024·邯郸质检)2024年8月我国第二艘航母顺利完成海试。为保护航母、延长服役寿命可采用两种电化学方法。方法1：舰体镶嵌一些金属块；方法2：航母舰体与电源相连。下列有关说法正确的是( )
A．方法1叫外加电流的阴极保护法 B．方法2叫牺牲阳极的阴极保护法 C．方法1中金属块可能是锌、锡和铜 D．方法2中舰体连接电源的负极
解析 舰体是由钢板做的。方法1，舰体镶嵌一些金属块，必须是比铁活泼的金属，如锌等(锡和铜不行)，这种方法叫牺牲阳极的阴极保护法；方法2，航母舰体与电源相连，必须与电源负极相连，这种方法叫外加电流的阴极保护法。综上所述，D项正确。
答案 D
2．(2024·济南模拟)四个电解装置都以Pt作电极，它们分别装着如下电解质溶液进行电解，电解一段时间后，测定其pH变化，所记录的结果正确的是( )
选项 电解质溶液 pH变化 A HCl 减小 B AgNO3 增大 C KOH 增大 D BaCl2 不变 解析 电解盐酸，溶质HCl的量减小，溶剂量不变，所以酸性减弱，pH增大，A项错误；电解硝酸银溶液生成硝酸、金属银和氧气，溶液酸性增强，pH减小，B项错误；电解氢氧化钾溶液的实质是电解水，溶质的量不变，溶剂减小，碱性增强，pH增大，C项正确；电解氯化钡溶液得到氢氧化钡、氢气和氯
气，溶液碱性增强，pH增大，D项错误。
答案 C
3．(2024·沧州质量监测)以铅蓄电池为电源，通过电解法制备酒石酸(C4H6O6，简写为RH2)的原理如图所示(A、B为惰性电极，a、b为离子交换膜)下列叙述不正确的是( )
－－＋
A．N极的电极反应式为PbO2＋2e＋SO2＋4H===PbSO44
＋2H2O
B．b为阴离子交换膜
C．阴极反应为2H2O＋2e===H2↑＋2OH，阴极区溶液pH升高
D．铅蓄电池中消耗2 mol H2SO4时，理论上生成 2 mol RH2 解析 电解目的为制备RH2，则装置右侧为产品室，若原料室中的R2通过阴离子交换膜进入产品室与H结合，则可制得
－
＋
－
－
RH2。所以B极应为H2O电离出的OH放电，生成H，即B极为阳极，电极反应为2H2O－4e===O2↑＋4H，b为阴离子交换膜，N为正极，M为负极，A为阴极。N为铅蓄电池正极，电极反应为PbO2＋2e＋SO24＋4H===PbSO4＋2H2O，A项正
－
－
＋－
＋
－＋
确；根据上述分析可知，b为阴离子交换膜，B项正确；阴极应为H2O电离出的H放电，生成OH，故电极反应为2H2O＋2e
－
＋
－
===H2↑＋2OH，OH浓度增大，pH增大，C项正确；铅蓄
－－
电池放电时总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，当电池中消耗2 mol H2SO4时，则电路中转移2 mol e。根据B极电极反应2H2O－4e===O2↑＋4H可知，转移2 mol e，产品室有2 mol H生成，R2＋2H===RH2，所以理论上可生成1
＋
－
＋
－
＋
－
－
mol RH2，D项错误。
答案 D
4.以铁和石墨为电极电解酸性废水，可将废水中的PO34以
－
FePO4形式除去，其装置如图所示。已知：常温下，Ksp(FePO4)＝1.3×10
－22
；一般认为溶液中某离子浓度小于1×105 mol·L
－
－1
时，该离子已除尽。下列说法不正确的是( )
A．电解过程中，PO34向铁极迁移
－
B．电路中有6 mol电子通过时理论上最多除去2 mol PO34
－
C．在该装置中，铁的电势高于石墨 D．当废水中c(Fe3)＝1×10
＋＋
－
－15
mol·L1时，PO34已除尽
－
－
解析 利用Fe3沉淀PO34，铁为阳极，石墨为阴极，故a极为正极，b极为负极。在电解池中，阴离子向阳极迁移，即PO34向铁极迁移，A项正确；铁极的电极反应式为Fe－2e
－
＋
＋
＋
＋
－
－＋
===Fe2，O2氧化Fe2生成Fe3，废水中发生的总反应为4Fe2
－
＋O2＋4H＋4PO34===4FePO4↓＋2H2O，则电路中通过6 mol
3
电子时理论上最多除去3 mol PO4，B项错误；在电解池中，阳
极的电势高于阴极，故铁的电势高于石墨，C项正确；当c(Fe3
＋
)＝1×10
－15
3
mol·L1时，c(PO4)＝1.3×107 mol·L1<1×105
－
－
－
－
－
mol·L1，PO34已除尽，D项正确。
－
－
答案 B
5．在水中加入等物质的量的Ag、Ba2、Na、SO2NO3、4、
＋
＋
＋
－
－
Cl。该溶液放在用惰性材料作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物和还原产物的质量比为( )
A．35.5∶108 C．8∶1
＋
－
－
B．16∶137 D．108∶35.5
＋
－
2
解析 Ag与Cl生成AgCl↓，Ba2与SO4生成BaSO4↓，
电解硝酸钠溶液实际上电解水。
答案 C
6．用含锌、银杂质的粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液做电解液进行电解，下列有关电解液中Cu2物质的量浓度的
＋
叙述中，正确的是( )
A．c(Cu2)增大
＋＋
B．c(Cu2)减小
＋
C．c(Cu2)不变
D．无法确定
＋
解析 用含锌、银杂质的粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4
溶液做电解液进行电解，则在阳极，Zn会失去电子变为Zn2进入溶液，溶液中的Cu2在阴极得到电子变为Cu析出，因此电
＋
解液中Cu2物质的量浓度减小，故选B。
＋
答案 B
B组 重点提升题
7．研究表明许多疾病，包括基因突变(癌变、动脉硬化等)和生物机体中毒等，可能是一氧化氮的释放或调节不正常引起的。用间接电化学法可对NO进行无害化处理，其原理如图所示(质子膜允许H和H2O通过)，下列相关判断不正确的是( )
＋
－＋－
A．电极Ⅰ接电源负极，电极反应式为2HSO3＋2H＋2e===S2O24＋2H2O
－
B．质子从电极Ⅱ通过质子膜向电极Ⅰ作定向移动
2
C．吸收塔中的反应为2NO＋2S2O4＋2H2O===N2＋4HSO3
－
－
D．每处理2 mol NO，电解池质量减少32 g
2解析 在电极Ⅰ上HSO3获得电子生成S2O4，则电极Ⅰ为
－
－
阴极，接电源负极，电极反应式为2HSO3＋2H＋2e===S2O24
－
＋
－
－
－
＋2H2O，A项正确；电解池中质子从电极Ⅱ(阳极)向电极Ⅰ(阴极)作定向移动，故B项正确；吸收塔中的S2O24与NO反应生成N2与HSO3，反应的离子方程式为2NO＋2S2O24＋2H2O===N2
－
－
＋4HSO3，C项正确；电解池中发生的反应为4HSO3===2H2O
2
＋O2↑＋2S2O24，吸收塔中的反应为2NO＋2S2O4＋
－
－
－－
2H2O===N2＋4HSO3，结合题图可知，每处理1 mol NO，电解池中分解2 mol HSO3，HSO3分解生成的O2逸出，S2O24进入吸
－
－
－
－
收塔中，故电解池的质量会增加1 mol H2O的质量，即18 g，所以每处理2 mol NO，电解池质量增加36 g，D项错误。
答案 D
8．(2024·天星高三联考)锂钒氧化物电池的能量密度远远超过其他材料电池，其成本低，便于大量推广，且对环境无污染。
放电
已知电池的总反应为V2O5＋xLi
充电
LixV2O5，下列说法正
确的是( )
A．电池在放电时，Li向电源负极移动
B．充电时阳极的反应为LixV2O5－xe===V2O5＋xLi C．放电时负极失重7.0 g，则转移2 mol电子 D．该电池以Li、V2O5为电极，酸性溶液作介质
解析 电池在放电时，Li向正极移动，A项错误；电池充电时阳极发生氧化反应，电极反应式是LixV2O5－xe===V2O5＋xLi，B项正确；负极的反应为Li－e===Li，每消耗1 mol Li(7.0 g)则转移1 mol电子，C项错误；Li是活泼金属，会与酸性溶液反应产生H2，因而电池介质不会是酸性溶液，D项错误。
答案 B
【素养立意】
手机作为人们不可替代的通信工具的今天，开发环保、经济、耐用的手机电池具有重要意义。手机电池放电时是原电池，充电时是电解池。
本题以手机用的二次电池为载体，综合考查原电池和电解池的工作原理，难度中等。
9．(2024·广东五校诊断)如图甲是一种利用微生物将废水中的尿素(H2NCONH2)的化学能直接转化为电能，并生成环境友好物质的装置，同时利用此装置的电能在铁上镀铜，下列说法中正确的是( )
＋
－
＋
－
＋
－
＋
＋
A．乙装置中溶液颜色会变浅 B．铁电极应与Y相连接
C．M电极反应式：H2NCONH2＋H2O－6e===CO2↑＋N2↑＋6H
D．当N电极消耗0.25 mol气体时，铜电极质量减少16 g 解析 乙装置为电镀装置，电镀液的浓度不变，因此溶液颜色不变，A项错误；电镀时，待镀金属作阴极，与电源负极相连，而N电极上O2转化为H2O发生还原反应，N电极为正极，B项错误；M电极为负极，发生氧化反应：H2NCONH2＋H2O－6e
＋
＋
－
－
＋
－
＋
－
===CO2↑＋N2↑＋6H，C项正确；根据N电极反应式：O2＋4H＋4e===2H2O、铜电极反应式：Cu－2e===Cu2，由各电极上转移电子数相等，可得关系式：O2～2Cu，则N电极消耗0.25 mol O2时，铜电极质量减少0.25 mol×2×64 g·mol1＝32 g，
－
D项错误。
答案 C
10．(2024·河北五个一联盟模拟)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料)，通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电，成功地实现了对磁性的可逆调控(如图所示)。以下说法中正确的是( )
＋－
A．放电时，正极的电极反应式为Fe2O3＋6Li＋6e===2Fe＋3Li2O
B．该电池可以用水溶液作电解质溶液
C．放电时，Fe作电池的负极，Fe2O3作电池的正极 D．充电时，电池被磁铁吸引
解析 由电池的示意图可知，电池放电的反应物为氧化铁和单质锂，生成物为单质铁和氧化锂，所以放电的总反应为Fe2O3＋6Li===2Fe＋3Li2O。电池的负极为单质锂，所以负极反应为6Li－6e===6Li，总反应减去负极反应得到正极反应：Fe2O3＋6Li＋6e===2Fe＋3Li2O，A项正确；因为单质锂可以与水反应(类似金属钠)，所以电解质溶液不能是水溶液，B项错误；放电时，Li作电池的负极，Fe2O3作电池的正极，C项错误；由题图可知，充电时，电池会远离磁铁，实际上是因为充电时电池中的单质铁转化为氧化铁，不能被磁铁吸引，D项错误。
答案 A
11．利用如图所示装置电解硝酸银溶液和饱和硫酸钠溶液(甲中盛有AgNO3溶液，乙中盛有饱和Na2SO4溶液)。
＋
－－
＋
(1)通电一段时间，观察到湿润的淀粉-KI试纸的______(填“C”或“D”)端变蓝。
(2)装置甲中阳极为________，阴极的电极反应式为__________________________。
(3)
装
置
乙
中
观
察
到
的
现
象
是
__________________________________________
__________________________________________。
(4)电解一段时间后，装置甲、乙中共收集到气体0.168 L(标准状况下)，而且该时间段内装置乙中析出硫酸钠晶体(Na2SO4·10H2O)w g，测得装置甲中溶液的体积为1 L，则装置甲中溶液的pH为________。电解前饱和Na2SO4溶液的质量分数的计算式为________________________(计算时忽略电解过程中的其他副反应)。
解析 (1)由于D连接电源负极，作阴极，则C极作阳极，发生氧化反应生成I2，故淀粉－KI试纸的C端变蓝。(2)装置甲中Pt电极作阳极，而Fe极发生还原反应，作阴极。(3)装置乙中Cu为阳极，发生氧化反应生成Cu2，Cu极附近溶液中有
＋
Cu2的颜色，石墨电极上水得电子，发生还原反应，生成氢气，
＋
溶液的pH增大，故生成氢氧化铜沉淀。(4)相同时间内，装置甲、乙通过的电子的物质的量相等，装置甲中生成1 mol O2时，装置乙中生成2 mol H2，故0.168 L气体中有1/3是氧气，即氧气为0.056 L，且装置甲中存在关系式：4H～O2，故装置甲中c(H
＋
＋
)＝0.01 mol/L，即装置甲中溶液的pH＝2。对于装置乙，阳极
－
＋
＋
－
反应式为Cu－2e===Cu2，阴极反应式为2H＋2e===H2↑，电解Cu(OH)↓＋H↑。当阴极电解的总反应式为Cu＋2H2O=====22析出0.005 mol H2时，耗水0.01 mol，析出的晶体中Na2SO4的质量除以晶体质量和电解时消耗水的质量之和即为饱和溶液的质量分数。
答案 (1)C (2)Pt Ag＋e===Ag
(3)石墨极有气泡产生，Cu极周围变蓝，溶液中出现蓝色沉淀
142w
(4)2 ×100%
322?w＋0.18?
12．某课外活动小组用如图装置进行实验，试回答下列问题：
＋
－
(1)若开始时开关K与a连接，则B极的电极反应式为__________________________________________。
(2)若开始时开关K与b连接，则B极的电极反应式为____________________，总反应的离子方程式为________________________________。
有关上述实验，下列说法正确的是________(填序号)。 ①溶液中Na向A极移动
②从A极处逸出的气体能使湿润的KI淀粉试纸变蓝 ③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度
④若标准状况下B极产生2.24 L气体，则溶液中转移0.2 mol电子
(3)该小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。
＋
2024化学高考作业(二十) 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
