2025年测试题电解池金属的腐蚀与防护及答案

2025年测试题电解池金属的腐蚀与防护及答案一、选择题（每小题3分，共30分）1.某电解装置中，用惰性电极电解含Cu²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺的混合溶液（浓度均为0.1mol/L），当电路中通过0.04mol电子时，下列说法正确的是（）A.阴极只析出Cu，质量为1.28gB.阴极析出Cu和Fe，质量比为8:7C.阴极析出Cu的质量为1.28g，溶液中c(Zn²⁺)仍为0.1mol/LD.阳极发生还原反应，产物为O₂解析：金属离子的放电顺序为Cu²⁺＞Fe²⁺＞Zn²⁺（因Fe²⁺的氧化性弱于Cu²⁺但强于Zn²⁺）。0.1mol/L的Cu²⁺完全析出需电子0.02mol（Cu²⁺+2e⁻=Cu），剩余0.02mol电子可继续还原Fe²⁺（Fe²⁺+2e⁻=Fe），需0.01molFe²⁺，析出Fe0.56g。Zn²⁺氧化性最弱，未放电。阳极惰性电极，溶液中OH⁻放电（4OH⁻-4e⁻=2H₂O+O₂↑），发生氧化反应。故正确选项为B。2.下列关于金属腐蚀与防护的说法错误的是（）A.海轮外壳镶嵌锌块时，锌作负极被腐蚀，保护船体（牺牲阳极的阴极保护法）B.钢铁在潮湿空气中发生吸氧腐蚀时，正极反应为O₂+4e⁻+2H₂O=4OH⁻C.电解法保护金属时，被保护的金属应与直流电源的负极相连（外加电流的阴极保护法）D.纯铁比生铁更易被腐蚀，因为生铁中碳作为阴极加速铁的氧化解析：纯铁中无杂质，不易形成原电池，腐蚀速率慢；生铁中Fe与C形成原电池，Fe作负极被腐蚀，速率更快。故D错误。3.用石墨作电极电解饱和食盐水时，若阴极收集到2.24L（标准状况）气体，下列说法正确的是（）A.阳极产生气体体积为2.24LB.转移电子数为0.2NₐC.溶液中c(OH⁻)为0.1mol/L（假设溶液体积不变）D.电解总反应式为2NaCl+2H₂O=2NaOH+H₂↑+Cl₂↑（条件：电解）解析：阴极反应2H⁺+2e⁻=H₂↑，2.24LH₂（0.1mol）需0.2mol电子，阳极反应2Cl⁻-2e⁻=Cl₂↑，提供0.1molCl₂（2.24L），A正确；转移电子0.2Nₐ，B正确；提供0.2molOH⁻（因每molH₂对应2molOH⁻），若溶液体积为1L，则c(OH⁻)=0.2mol/L，C错误；总反应式正确，D正确。但题目为单选，需再分析：若溶液体积未知，C无法确定，故正确选项为D（总反应式绝对正确）。4.某实验小组将锌片和铜片插入稀硫酸中，未连接导线时，锌片表面有少量气泡；连接导线后，铜片表面产生大量气泡。下列分析错误的是（）A.未连接导线时，锌与H⁺直接反应（化学腐蚀）B.连接导线后，形成原电池，锌作负极：Zn-2e⁻=Zn²⁺C.连接导线后，电子由铜片经导线流向锌片D.连接导线后，溶液中H⁺向铜片移动解析：原电池中电子由负极（Zn）经导线流向正极（Cu），C错误。5.为探究外加电流法保护金属的效果，将铁电极与石墨电极浸入NaCl溶液中，铁连接电源负极，石墨连接正极。下列说法正确的是（）A.铁电极发生氧化反应：Fe-2e⁻=Fe²⁺B.石墨电极反应：2Cl⁻-2e⁻=Cl₂↑C.溶液中OH⁻向石墨电极移动D.该装置可有效减缓铁的腐蚀解析：外加电流保护法中，被保护金属（Fe）作阴极，发生还原反应（H⁺或O₂得电子），A错误；石墨作阳极，若溶液为NaCl，阳极Cl⁻放电提供Cl₂（若Cl⁻浓度低则OH⁻放电），B可能正确；阴离子向阳极（石墨）移动，C正确；阴极Fe被保护，D正确。但需综合判断：D为核心目的，正确。6.某金属M在酸性环境中发生腐蚀，其腐蚀速率与溶液pH的关系如图（横坐标pH，纵坐标腐蚀速率）。下列推测合理的是（）（注：图像显示pH＜4时腐蚀速率随pH升高而降低，pH=4~7时腐蚀速率稳定，pH＞7时腐蚀速率略有升高）A.pH＜4时，主要发生析氢腐蚀，H⁺浓度降低，腐蚀减慢B.pH=4~7时，H⁺浓度低，主要发生化学腐蚀C.pH＞7时，O₂浓度升高，主要发生吸氧腐蚀，速率加快D.该金属可能为铝，因Al在强碱中易钝化解析：pH＜4时H⁺浓度高，析氢腐蚀为主，H⁺减少，腐蚀减慢（A正确）；pH=4~7时H⁺少，吸氧腐蚀为主（B错误）；pH＞7时OH⁻浓度高，若金属与OH⁻反应（如Al），则腐蚀加快（C错误，D中Al在强碱中溶解而非钝化）。故正确选项为A。7.电解精炼铜时，粗铜（含Zn、Fe、Ag、Au等杂质）作阳极，纯铜作阴极，CuSO₄溶液作电解质。下列说法错误的是（）A.阳极反应：Zn-2e⁻=Zn²⁺，Fe-2e⁻=Fe²⁺，Cu-2e⁻=Cu²⁺B.阴极反应：Cu²⁺+2e⁻=CuC.电解质溶液中Cu²⁺浓度保持不变D.阳极泥中含Ag、Au等不活泼金属解析：粗铜中Zn、Fe比Cu活泼，优先放电提供离子；Cu放电提供Cu²⁺；Ag、Au不放电，形成阳极泥。阴极仅Cu²⁺放电。由于阳极溶解的Cu²⁺量小于阴极析出的Cu²⁺量（因Zn、Fe也消耗电子），溶液中Cu²⁺浓度降低，C错误。8.下列装置中，能有效防止铁闸门被腐蚀的是（）（图略，选项包括：A.铁闸门连接锌块；B.铁闸门连接电源正极；C.铁闸门与石墨相连插入海水中；D.铁闸门连接电源负极）解析：A为牺牲阳极保护法（正确）；B中Fe作阳极被腐蚀（错误）；C中Fe与石墨形成原电池，Fe作负极被腐蚀（错误）；D为外加电流保护法（正确）。但题目可能单选，需看选项设计，通常D更有效，故正确选项为D。9.某同学用如图装置（U型管中装饱和食盐水，铁丝两端分别为a、b，a端裹有锌片，b端暴露）验证金属腐蚀。一段时间后，下列现象不可能的是（）A.a端附近溶液pH升高B.b端铁丝表面有红棕色物质C.锌片质量减小D.电流表指针偏转解析：a端Zn与Fe形成原电池，Zn作负极被腐蚀（Zn-2e⁻=Zn²⁺），Fe作阴极，O₂+4e⁻+2H₂O=4OH⁻（pH升高，A可能）；b端Fe直接与O₂、H₂O接触，发生吸氧腐蚀，提供Fe(OH)₂，进一步氧化为Fe(OH)₃（红棕色，B可能）；Zn被腐蚀，质量减小（C可能）；因a端为原电池，b端为化学腐蚀，无电流，电流表不偏转（D不可能）。10.电解法处理含Cr₂O₇²⁻的酸性废水时，用铁作阳极，石墨作阴极。下列说法错误的是（）A.阳极反应：Fe-2e⁻=Fe²⁺B.Fe²⁺将Cr₂O₇²⁻还原为Cr³⁺，离子方程式：Cr₂O₇²⁻+6Fe²⁺+14H⁺=2Cr³⁺+6Fe³⁺+7H₂OC.阴极反应：2H⁺+2e⁻=H₂↑，溶液pH升高D.最终Cr³⁺、Fe³⁺形成Cr(OH)₃、Fe(OH)₃沉淀，需调节溶液至强酸性解析：Cr³⁺、Fe³⁺在中性或弱碱性条件下易沉淀，强酸性条件下沉淀溶解，D错误。二、填空题（每空2分，共20分）11.写出下列电极反应式：（1）钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应：__________________________。（2）电解熔融MgCl₂制备Mg时，阳极反应：______________________。（3）铅酸蓄电池充电时，阴极反应（PbSO₄转化为Pb）：__________。答案：（1）O₂+4e⁻+2H₂O=4OH⁻；（2）2Cl⁻-2e⁻=Cl₂↑；（3）PbSO₄+2e⁻=Pb+SO₄²⁻12.某金属防护方法中，被保护金属与比其活泼的金属连接，形成原电池，活泼金属作______（填“正”或“负”）极被腐蚀，该方法称为______。答案：负；牺牲阳极的阴极保护法13.电解CuSO₄溶液时，若阳极材料为铜（非惰性），则阳极反应为______，阴极反应为______，溶液中c(Cu²⁺)______（填“增大”“减小”或“不变”）。答案：Cu-2e⁻=Cu²⁺；Cu²⁺+2e⁻=Cu；不变14.某海洋平台的钢铁支架采用外加电流法保护，需将支架连接直流电源的______（填“正”或“负”）极，辅助阳极一般选用______（填“石墨”或“锌块”）。答案：负；石墨三、简答题（共30分）15.（10分）比较析氢腐蚀与吸氧腐蚀的异同。答案：相同点：均为电化学腐蚀，本质是金属失电子被氧化；均需水膜作电解质；负极反应均为金属失电子（如Fe-2e⁻=Fe²⁺）。不同点：①条件：析氢腐蚀发生在酸性较强的环境（H⁺浓度高），吸氧腐蚀发生在中性或弱酸性环境（O₂溶解）；②正极反应：析氢腐蚀为2H⁺+2e⁻=H₂↑，吸氧腐蚀为O₂+4e⁻+2H₂O=4OH⁻；③产物：析氢腐蚀直接提供H₂，吸氧腐蚀提供OH⁻，进一步与Fe²⁺反应提供Fe(OH)₂，氧化为Fe(OH)₃（铁锈）；④普遍程度：吸氧腐蚀更常见（自然环境多为中性）。16.（10分）电解池与原电池的本质区别是什么？举例说明电解池在工业生产中的应用。答案：本质区别：原电池是将化学能转化为电能的装置（自发的氧化还原反应），电解池是将电能转化为化学能的装置（非自发或需外界提供能量的反应）。工业应用举例：①电解饱和食盐水（氯碱工业），制备NaOH、Cl₂、H₂；②电解熔融Al₂O₃（加冰晶石降低熔点）制备Al；③电解精炼铜（粗铜提纯）；④电镀（如铁表面镀锌）。17.（10分）某工厂将含Zn²⁺、Cd²⁺（均为0.1mol/L）的废水排入河流，环保小组用铁作阳极、石墨作阴极电解处理。已知金属离子放电顺序：Cd²⁺＞Fe²⁺＞Zn²⁺。（1）阳极反应是什么？（2）电解过程中，阴极先析出哪种金属？为什么？（3）若要完全回收Cd，需控制电解时间至何时？答案：（1）阳极Fe失电子：Fe-2e⁻=Fe²⁺；（2）阴极先析出Cd，因Cd²⁺氧化性强于Fe²⁺，优先放电（Cd²⁺+2e⁻=Cd）；（3）当Cd²⁺完全析出时停止电解。Cd²⁺浓度0.1mol/L，假设溶液体积为1L，则n(Cd²⁺)=0.1mol，需电子0.2mol（0.1mol×2）。通过计算电路中通过0.2mol电子时，Cd完全析出，此时Zn²⁺因氧化性弱于Fe²⁺（Fe²⁺由阳极溶解产生），不会放电，避免Zn被析出。四、计算题（共20分）18.（10分）用惰性电极电解500mL0.2mol/L的AgNO₃溶液，通电一段时间后，阴极增重2.16g（Ag的摩尔质量108g/mol）。（1）计算转移的电子的物质的量；（2）计算阳极产生气体的体积（标准状况）；（3）求溶液中c(H⁺)（假设溶液体积不变）。答案：（1）阴极反应Ag⁺+1e⁻=Ag，n(Ag)=2.16g/108g/mol=0.02mol，转移电子n(e⁻)=0.02mol；（2）阳极反应4OH⁻-4e⁻=2H₂O+O₂↑，4mole⁻对应1molO₂，0.02mole⁻对应0.005molO₂，体积=0.005mol×22.4L/mol=0.112L=112mL；（3）电解AgNO₃总反应：4AgNO₃+2H₂O=4Ag↓+O₂↑+4HNO₃（电解条件）。提供n(HNO₃)=n(Ag)=0.02mol，c(H⁺)=0.02mol/0.5L=0.04mol/L。19.（10分）某钢铁桥梁在海水中发生腐蚀，测得腐蚀电流为0.5A（1A=1C/s）。已知Fe的摩尔质量为56g/mol，法拉第常数F=96500C/mol。（1）计算该桥梁每天腐蚀的Fe的质量；（2）若采用牺牲阳极法保护，需连接Zn块（Zn的摩尔质量65g/mol），计算每天消耗Zn的质