化学能与电能高考化学化学基本理论解析版.docx

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化学能与电能高考化学化学基本理论解析版

03化学能与电能

类型一、电化学原理

1.(2021届郑州市高中毕业年级第一次质量)在油田注水系统中,钢管主要发生硫酸盐还原菌厌氧腐蚀,一种理论认为厌氧细菌可促使

反应生成

,加速钢管的腐蚀,其反应原理如图所示。

下列说法正确的是

A.正极的电极反应式为:

B.

的反应可表示为:

C.钢管发生厌氧腐蚀的产物主要含有

D.为减缓钢管的腐蚀,可在钢管表面镀铜

【答案】A

【解析】

A.根据原电池原理,水电离产生的氢离子得电子产生氢气,正极的电极反应式为:

,选项A正确;

B.

的反应生成

,得电子,发生还原反应,电极反应可表示为:

,选项B错误;

C.钢管腐蚀过程中,负极铁失电子生成Fe2+,与正极周围的S2-、OH-结合为FeS、Fe(OH)2,选项C错误;

D.若在钢管表面镀铜,构成原电池,铁为负极,加快钢管的腐蚀,选项D错误;

答案选A。

2.(2021届泰安市高考第二次模拟)Ca—LiFePO4可充电电池的工作原理示意图如图,其中锂离子交换膜只允许Li+通过,电池反应为:

xCa+2Li1-xFePO4+2xLi+=xCa2++2LiFePO4。

下列说法正确的是

A.LiPF6/LiAsF6电解质与Li2SO4溶液可互换

B.充电时,当转移0.1mol电子时,左室中电解质的质量减轻1.3g

C.充电时,阴极反应为:

Li1-xFePO4+xLi++xe-=LiFePO4

D.放电时,Li1-xFePO4/LiFePO4电极发生Li+脱嵌,充电时发生Li+嵌入

【答案】B

【解析】

A.Ca是活泼金属,易与水发生剧烈反应,所以LiPF6/LiAsF6为非水电解质,而Li2SO4溶液中有水,不可互换,A项错误;

B.充电时每转移0.1mol电子,左室中就有0.05molCa2+转化为Ca,同时有0.1molLi+迁移到左室,所以左室中电解质的质量减轻

,B项正确;

C.充电时,钙电极为阴极,电极反应为Ca2++2e-=Ca,C项错误;

D.充电时为电解池,电解池中阳离子流向阴极,Li1-xFePO4/LiFePO4为阳极,所以Li1-xFePO4/LiFePO4电极发生Li+脱嵌然后流向阴极,放电时为原电池,原电池中阳离子流向正极,所以放电时发生Li+嵌入,D项错误;

答案选B。

3.(2021届攀枝花市高三第一次统一考试)我国科学家研制出一种碱性锌铁液流电池装置(如下图),该电池的总反应为:

Zn+2K3Fe(CN)6+4KOH

2K4Fe(CN)6+K2Zn(OH)4.下列叙述错误的是

A.放电时,M为电池正极,电极反应式为:

Fe(CN)

+e-=Fe(CN)

B.充电时,N接电池负极,该电极发生还原反应

C.放电时,右侧溶液Zn(OH)

浓度增大

D.放电时,K+由左侧溶液经离子交换膜进入右侧溶液

【答案】D

【解析】

A.由图示可知,放电时M极Fe(CN)

得到电子被还原,则其电极反应为:

Fe(CN)

+e-=Fe(CN)

,故A不选;

B.放电时N为负极,发生氧化反应,则充电时N为阴极发生还原反应,即充电时N与电源负极相连,故B不选;

C.放电时左侧为正极,右侧为负极。

负极发生氧化反应,即Zn失去电子被氧化为Zn2+,Zn2+与OH-结合生成Zn(OH)

则放电时,右侧溶液Zn(OH)

浓度增大,故C不选;

D.放电时左侧为正极,右侧为负极,阴离子由正极移向负极,阳离子由负极移向正极。

则放电时,K+由右侧溶液经离子交换膜进入左侧溶液,故选D;

答案选D。

4.(苏州新东方)Cu2O是一种半导体材料,基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图,总反应:

2Cu+H2O

Cu2O+H2↑。

下列说法正确的是

A.石墨电极发生还原反应

B.电解后溶液的pH减小

C.当有0.1mol电子转移时,有0.1molCu2O生成

D.铜电极发生的电极反应式:

2Cu-2e-+H2O=Cu2O+2H+

【答案】A

【解析】

A.根据以上分析可知金属铜失电子,金属铜一定作阳极,石墨做阴极,发生还原反应,故A正确;

B.由电解总反应:

2Cu+H2O

Cu2O+H2↑可知,溶剂水的量减少,所以氢氧根离子浓度变大,所以电解后溶液的pH增大,故B错误;

C.反应:

2Cu+H2O

Cu2O+H2↑,失电子物质的量为2mol,生成氧化亚铜1mol,所以当有0.1mol电子转移时,有0.05molCu2O生成,故C错误。

D.金属铜一定作阳极,铜电极本身失电子,发生氧化反应,电极反应为:

2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O,故D错误;

故选A。

5.(2021届佛山市高三4月二模)ClO2是一种高效、安全消毒剂。

利用电解产生的H2O2与溶液中的NaClO3反应制备ClO2,装置如图所示。

下列说法正确的是

A.电源电极电势:

a<b

B.阴极的电极反应式:

C.电解过程中H+移动方向:

B→A

D.产生ClO2的反应:

【答案】D

【解析】

A.根据上述分析可知:

A是阳极,连接电源的电极a为正极;B是阴极,连接电源的电极b为负极,所以电源电极电势:

a>b,A错误;

B.右侧电极B为阴极,阴极的电极反应式为:

O2+2e-+2H+=H2O2,B错误;

C.电解过程中H+向负电荷较多的阴极定向移动,故H+移动方向:

A→B,C错误;

D.根据题意可知H2O2与NaClO3发生氧化还原反应产生ClO2:

,D正确;

故合理选项是D。

类型二、离子交换膜在电化学中的应用与能量转化率

6.(2021学年信阳市月考)随着环保整治的逐渐推进,乙醇作为一种燃料逐渐走进人们的视野,如“乙醇汽油”“乙醇电池”等。

如图是一种新型的乙醇电池的工作示意图,该电池总反应为:

C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O。

下列有关该电池的说法正确的是

A.a极为正极,b极为负极

B.负极反应式为C2H5OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+

C.反应中转移6mol电子时,正极消耗33.6LO2

D.该燃料电池作工作一段时间后,酸性增强

【答案】B

【解析】

A.质子为H+,依据阳离子(质子)向正极移动的方向,可确定a极为负极,b极为正极,A不正确;

B.在电池负极,C2H5OH在酸性电解质溶液中失电子,生成二氧化碳等,反应式为C2H5OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+,B正确;

C.正极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O,当反应中转移6mol电子时,正极消耗1.5molO2,但由于温度、压强未知,所以O2的体积不一定是33.6L,C不正确;

D.从电池反应C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O看,该燃料电池工作一段时间后,H+的物质的量不变,但溶剂的质量增加,所以溶液的酸性减弱,D不正确;

故选B。

7.(2021年高三3月大联考)利用双极膜制备磷酸和氢氧化钠的原理如图所示。

已知双极膜是一种复合膜,在直流电作用下,双极膜中间界面内水解离为H+和OH−,并实现其定向通过。

下列说法正确的是

A.M膜为阴离子交换膜B.阴极区溶液的pH减小

C.双极膜中a为H+,b为OH–D.若用铅蓄电池为电源,则X极与Pb电极相连

【答案】A

【解析】

A.该装置的目的是制备磷酸和氢氧化钠,原料室中的钠离子向阴极移动,即右侧移动,所以产品室2的产物为NaOH,H2PO

向阳极移动,所以产品室1的产物为磷酸,M膜为能够通过H2PO

的阴离子交换膜,A正确;

B.阴极电极上水电离出的氢离子被还原,同时双极膜产生的氢离子又进入阴极区,所以阴极区中减少的实际上为水,但由于电解质溶液酸碱性未知,所以无法判断pH变化,B错误;

C.据图可知b向阴极移动,a向阳极移动,所以a为OH-,b为H+,C错误;

D.X极与电源正极相连,而铅蓄电池放电时,Pb被氧化为负极,D错误;

综上所述答案为A。

8.(2021届锦州市高考第一次模拟)我国科学家设计了一种在太阳能驱动下,从海水中提取金属锂的装置(示意图如下),该装置工作时,下列说法错误的是

A.该装置主要涉及的能量变化:

太阳能→电能→化学能

B.理论上,当转移

电子时,电极A增重7g

C.电极B的电极反应式:

D.固体陶瓷膜不可以用质子交换膜代替

【答案】C

【解析】

A.由分析可知,该装置由太阳能电池和电解池组成,太阳能电池将太阳能转化为电能,电解池将电能转化为化学能,故A正确;

B.由分析可知,电极A为阴极,在阴极上得到电子发生还原反应生成锂,电极反应式为Li++e—=Li,当转移1mol电子时,阴极上析出锂的质量为1mol×7g/mol=7g,故B正确;

C.由分析可知,电极B为电解池的阳极,海水中的氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气,电极反应式为2Cl——2e—=Cl2↑,故C错误;

D.由分析可知,固体陶瓷膜的作用是只允许锂离子通过交换膜由阳极区进入阴极区,若用质子交换膜代替,锂离子将无法进入阴极区,不能达到从海水中提取金属锂的目的,则固体陶瓷膜不可以用质子交换膜代替,故D正确;

9.(2021届山东省名校联盟高三下学期开学考试)科学家提出利用离子交换膜组合工艺将电解制备金属锰和二氧化锰工艺联用,实现同步制备金属锰和二氧化锰并实现回收硫酸的目的,工艺原理如图,下列有关说法中错误的是

A.阴极的电极反应式为计Mn2++2H2O-2e-=MHO2+4H+

B.左侧为阳离子交换膜

C.右侧电解液含有MnSO4和(NH4)2SO4,可以防止产生Mn(OH)2并提高溶液导电性

D.实际生产中不能用氯化锰溶液代替硫酸锰溶液

【答案】A

【解析】

A.根据电解装置可知,阴极的氢离子得电子发生还原反应,A错误;

B.根据电解装置可知,

从左侧迁移到中间室,左侧为阳离子交换膜,B正确;

C.右侧电解液含有

,可以防止产生

并提高溶液导电性,C正确;

D.实际生产中不能用氯化锰溶液代替硫酸锰溶液,

还原性强,在阳极放电产生氯气,D正确;

故选A。

10.(2021年高考化学考前必刷)用三室电渗析法处理含K2SO4的废水得KOH和H2SO4,装置如图所示。

下列说法错误的是

A.直流电源的A为负极,B为正极

B.ab为阳离子交换膜,cd为阴离子交换膜

C.阴极区加入KOH溶液,阳极区加入稀硫酸,目的是增加导电性同时又不引入新杂质

D.当电路上通过0.5mole-时,理论上溶液中共有NA个离子通过离子交换膜

【答案】D

【解析】

A.由图可知,A电极与阴极区的石墨电极相连,则A电极为直流电源的负极,B为正极,故A正确;

B.由分析可知,钾离子通过阳离子交换膜进入阴极区,硫酸根离子通过阴离子交换膜进入阳极区,则ab为阳离子交换膜,cd为阴离子交换膜,故B正确;

C.由分析可知,电解结束时,在阴极区得到氢氧化钾溶液,在阳极区得到硫酸,则向阴极区溶液中加入KOH溶液,阳极区溶液中加入稀硫酸,可以增大溶液中离子的浓度,增强溶液的导电性,同时又不会引入新杂质,故C正确;

D.当电路上通过0.5mole-时,有0.5mol钾离子通过阳离子交换膜进入阴极区和0.25mol硫酸根离子通过阴离子交换膜进入阳极区,则理论上溶液中共有0.75NA个离子通过离子交换膜,故D错误;

故选D。

11.(2021届湘豫名校高三上学期11月联考)工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法来制备二氧化氯,其原理如图所示:

下列说法不正确的是

A.

B.工作时a接电源的正极,b接电源的负极

C.工作时Cl-从电解池的左边移到电解池的右边

D.a电极反应式为:

NH

+6e-+3Cl-=NCl3+4H+

E.ClO2发生器中发生的反应为:

6NaClO2+NCl3+3H2O=NH3↑+6ClO2↑+3NaCl+3NaOH

【答案】B

【解析】

A.电解池右边生成氢气,说明是氢离子化合价降低变为氢气,作阴极,因此b电极接电源的负极,a接电源的正极,A正确;

B.氯离子不断从右边(阴极)往左边(阳极)移动,B错误;

C.电解池a极的电极反应式为NH

+6e-+3Cl-=NCl3+4H+,C

正确;

D.电解过程中二氧化氯发生器中原料为NaClO2、NCl3,产品为ClO2,还有副产物NH3所以发生的反应为:

6NaClO2+NCl3+3H2O=NH3↑+6ClO2↑+3NaCl+3NaOH,D正确;

故选B。

12.(2021学年辽宁省高二上学期期末)一种浓差电池的放电原理是利用电解质溶液的浓度不同而产生电流。

某CuSO4浓差电池的装置示意图如图所示,该电池使用前先将K与a连接一段时间。

下列说法错误的是

A.K与a连接的目的是形成两电极区溶液的浓度差

B.K与b连接时,正极的电极反应式为Cu2++2e-=Cu

C.交换膜适合选择阳离子交换膜

D.K与b连接时,导线中通过2mol电子,约有1mol离子通过交换膜

【答案】C

【解析】

A.开始两池中CuSO4浓度相同,两侧电势相同,开关与b相连时,不会产生电流,因此通过将开关与a相连,利用电解原理改变两池中CuSO4浓度,故A正确;

B.由上述分析可知,K与b连接时,正极的电极反应式为Cu2++2e-=Cu,故B正确;

C.若选用阳离子交换膜,则两池中Cu2+浓度将相同,开关与b相连时,不会产生电流,因此应该选择阴离子交换膜,故C错误;

D.离子交换膜中主要是

迁移,1个

中带有2个负电荷,因此导线中通过2mol电子,约有1mol离子通过交换膜,故D正确;

综上所述,说法错误的是C项,故答案为C。

类型三、新情景下电极的放电顺序

13.(2021届银川市银川一中高三月考)下列实验的现象与结论相对应的是

A

B

C

D

实验

现象

电流计指针先向右偏转(说明电子由Fe转移到Cu),片刻后向左偏转

烧瓶中有气泡产生,试管内溶液出现白色浑浊

加热,肥皂液中产生无色气泡

①和②中均迅速产生大量气泡

结论

铁片作负极,片刻后铜片作负极

非金属性强弱:

Cl>C>Si

铁粉与水蒸气反应生成H2

MnO2一定是②中反应的催化剂

A.AB.BC.CD.D

【答案】A

【解析】

A.起初电流计指针先向右偏转,表明电子从左向右流动,从而得出铁片作负极;由于铁片表面发生钝化,阻止了铁失电子,所以片刻后指针向左偏转,表明电子从右向左流动,从而得出铜片作负极,A符合题意;

B.由于盐酸是挥发性酸,挥发出的HCl会进入试管,与试管内的Na2SiO3发生反应生成硅酸,所以不能证明碳酸的酸性比硅酸强,也就不能证明非金属性C>Si,B不符合题意;

C.试管加热,即便铁粉与水蒸气不反应,试管内空气受热膨胀,也会产生气体,所以肥皂液中产生的无色气体不一定是H2,C不符合题意;

D.过氧化钠与水反应生成氧气,①②两试管内均迅速产生大量气泡,所以不能证明②中MnO2起催化作用,D不符合题意;

故选A。

14.(2020届宜宾市高三高考适应性考试(三诊))利用光能分解水的装置如图,在直流电场作用下,双极性膜将水解离为H+和OH−,并实现其定向通过。

下列说法错误的是()

A.光电池能将光能转化为电能

B.阳极区发生的电极反应为:

2H2O−4e−=4H++O2↑

C.双极性膜能控制两侧溶液的酸碱性不同

D.再生池中发生的反应为:

2V2++2H+=2V3++H2↑

【答案】B

【解析】

A.由图可知,该装置将光能转化为化学能并分解水,选项A正确;

B.光照过程中阳极区发生的电极反应为:

4OH--4e-=2H2O+O2↑,选项B错误;

C.双极性膜可将水解离为H+和OH-,由图可知,H+进入阴极,OH-进入阳极,则双极性膜可控制其两侧溶液分别为酸性和碱性,选项C正确;

D.根据以上分析,再生的反应方程式为2V2++2H+=2V3++H2↑,选项D正确;

答案选B。

本题考查电解池的工作原理,根据题中给出电子的移动方向判断阴、阳极是解题关键。

15.(2020届高三化学二轮冲刺新题专练)常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓

中组成原电池

,测得原电池的电流强度

随时间

的变化如图2所示。

反应过程中有红棕色气体产生。

下列说法错误的是

A.

时刻前,Al片的电极反应为:

B.

时,因Al在浓硝酸中钝化,氧化膜阻碍了Al继续反应

C.

之后,正极Cu失电子,电流方向发生改变

D.烧杯中NaOH溶液的作用为吸收

,防止污染空气

【答案】C

【解析】

A.

时刻前,负极Al被氧化得到氧化铝,电极反应为

,故不选A;

B.

时,因Al在浓硝酸中钝化,氧化膜阻碍了Al继续反应,电流强度为0,故不选B;

C.

之后,Al不能反应,变成Cu失电子,Cu作负极,电流方向与

之前相反,故选C;

D.整个过程中,正极都是硝酸根在正极放电生成二氧化氮,则烧杯中是二氧化氮与氢氧化钠反应生成硝酸钠、亚硝酸钠、水,离子方程式为

,所以烧杯中NaOH溶液的作用为吸收NO2,防止污染空气,故不选D。

答案:

C。

16.(2020年高考化学命题预测与模拟试题)将H2S转化为可再利用的资源是能源研究领域的重要课题。

某转化工作原理如图。

该装置工作时,下列叙述错误的是()

A.p电极的电极反应:

2H++2e-=H2

B.该方法能实现由H2S高效产生S和H2

C.光照后,n电极的电极反应:

H2S-2e-=2H++S

D.除了Fe3+/Fe2+外,I3-/I-也能实现如图所示循环

【答案】C

【解析】

A.根据图示可知在p电极上H+获得电子变为H2,p电极的电极反应:

2H++2e-=H2↑,A正确;

B.在n电极上H2S与Fe3+发生反应产生H+、S、Fe2+,该方法能实现由H2S高效产生S和H2,B正确;

C.根据图示可知光照后,n电极的电极反应:

Fe2+-e-=Fe3+,C错误;

D.除了Fe3+/Fe2+外,I3-/I-也能实现如图所示循环,这是由于I-在电极上放电3I--2e-=I3-;I3-在溶液中氧化H2S:

H2S+I3-=3I-+S+2H+,I3-、I-循环反应,因此,I3-/I-也能实现如图所示循环,D正确;

故合理选项是C。

17.(南阳市第一中学2018届高三第十六次考试)研究小组进行如下表所示的原电池实验:

实验编号

实验装置

实验现象

连接装置5分钟后,灵敏电流计指针向左偏转,两侧铜片表面均无明显现象

左侧铁片表面持续产生气泡,连接装置5分钟后,灵敏电流计指针向右偏转,右侧铁片表面无明显现象

下列关于该实验的叙述中,正确的是

A.两装置的盐桥中,阳离子均向右侧移动

B.实验①中,左侧的铜被腐蚀

C.实验②中,左侧电极的电极反应式为2H++2e-=H2↑

D.实验①和实验②中,均有O2得电子的反应发生

【答案】D

【解析】

A、①电子移动的方向从负极流向正极,即左侧铜为正极,右侧铜为负极,根据原电池工作原理,阳离子向正极移动,即向左侧移动,②5min前左侧铁片有气泡产生,说明左侧铁作正极,右侧铁作负极,根据原电池的工作原理,阳离子向正极移动,即向左侧移动,故A错误;

B、根据A选项分析,实验①中左侧铜没有被腐蚀,右侧铜被腐蚀,故B错误;

C、实验②,前5min,左侧铁片上有气泡产生,电极反应式为2H++2e-=H2↑,5min后,灵敏电流表指针发生偏转,说明正负极发生偏转,即左侧为负极,右侧为正极,即左侧电极反应式为H2-2e-=2H+,故C错误;

D、实验①左侧电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O,5min后,右侧铁片电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-,故D正确。

故选D。

18.(2021届吉林省长春外国语学校高三上学期期末)2019年诺贝尔化学奖授予了锂离子电池开发的三位科学家,一种高能LiFePO4电池多应用于公共交通,结构如图所示。

电池中间是聚合物的隔膜,其主要作用是在反应过程中只让Li+通过,原理如下:

(1-x)LiFePO4+xFePO4+LixCn

LiFePO4+nC。

下列说法错误的是

A.充电时,阳极反应为xLi++nC+xe-=LixCn

B.充电时,当外电路中通过1mole-时,阳极质量减小7g

C.放电时,电子由负极→用电器→正极

D.放电时,Li+向正极移动

【答案】A

【解析】

A.充电时,该装置为电解池,左边为阳极,右边为阴极,阴极得电子,电极反应为xLi++nC+xe-=LixCn,故A错误;

B.充电时,当外电路中通过1mole-时,有1molLi参加反应,阳极质量减小7g,故B正确;

C.放电时,该装置为原电池,在原电池中,电子由负极→用电器→正极,故C正确;

D.放电时,该装置为原电池,在原电池中,阳离子向正极移动,即Li+向正极移动,故D正确;

故选A。

类型四、金属的腐蚀与防护

19.(2021届辽南协作校(朝阳市)高三第二次模拟)利用小粒径零价铁(

)的电化学腐蚀处理三氯乙烯,进行水体修复的过程如图所示。

等共存物的存在会影响水体修复效果,已知单位时间内

释放电子的物质的量为

,其中用于有效腐蚀的电子的物质的量为

下列说法正确的是

A.反应①②在正极发生,反应③④在负极发生

B.单位时间内,三氯乙烯(

)脱去

C.④的电极反应式为

D.增大单位体积水体中小粒径

的投入量,不会使

增大

【答案】B

【解析】

A.由修复过程示意图中反应前后元素化合价变化可知,反应①②③④均为得电子的反应,所以应在正极发生,故A错误;

B.三氯乙烯C2HCl3中C原子化合价为+1价,乙烯中C原子化合价为-2价,1molC2HCl3转化为1molC2H4时,得到6mol电子,脱去3mol氯原子,所以脱去amolCl时ne=2amol,故B正确;

C.由示意图及N元素的化合价变化可写出如下转化NO3+8e-=NH

,由于生成物中有NH

,所以只能用H+和H2O来配平该反应,而不能用H2O和OH-来配平,所以④的电极反应式为NO

+10H++8e-=NH

+3H2O,故C错误;

D.增大单位体积水体中小微粒ZVI的投入量,可以增大小微粒ZVI和正极的接触面积,加快ZVI释放电子的速率,可使nt增大,故D错误;

综上所述,答案为B。

20.(2021届上海市金山区高三二模)深埋在潮湿土壤中的铁制管道,在硫酸盐还原菌(最佳生存环境为

)作用下,能被

腐蚀,其电化学腐蚀原理如图所示。

下列说法正确的是

A.管道发生了吸氧腐蚀B.此类腐蚀会使土壤的

增大

C.酸性条件,管道不易被腐蚀D.刷富铜油漆可以延缓管道腐蚀

【答案】B

【解析】

A.由题意可知,原电池的正极发生还原反应,由图示可知发生的电极反应为

+5H2O+8e-=HS-+9OH-,故不是发生吸氧腐蚀,A错误;

B.由图示可知正极发生的电极反应为

+5H2O+8e-=HS-+9OH-,负极上是Fe失电子的氧化反应,土壤中的pH增大,B正确;

C.根据题意,硫酸盐还原菌在弱碱性条件下活性高,电化学腐蚀速率快,酸性条件下,虽然硫酸盐还原菌会失活,但铁会发生析氢腐蚀,C错误;

D.管道上刷富铜油漆,形成Cu-Fe原电池,Fe作为负极,可以加快管道的腐蚀,D错误;故答案为:

B。

21.(2021届华南师范大学附属中学高三综合测试(三))下列有关金

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