《2025年红对勾高考一轮复习金卷化学》

17.(14分)(2024·上海浦东新区高三模拟)Ⅰ.研究铁的腐蚀,实验步骤如下:
步骤1:将铁粉放置于0.002 mol·L⁻¹CuSO₄溶液中浸泡,过滤后用水洗涤。
步骤2:向15.00 mL 1 mol·L⁻¹NaCl溶液(用盐酸调至pH = 1.78)中加入浸泡过的Fe粉。
步骤3:采集溶液pH随时间变化的数据。
(1)第一阶段,主要发生析氢腐蚀,Cu上发生的电极反应为________________________。
(2)第二、三阶段主要发生吸氧腐蚀。
①吸氧腐蚀时Cu上发生的电极反应为________________________。
　
②第一阶段和第二阶段发生不同种类腐蚀的主要影响因素是__________________。
Ⅱ.研究铁的防护
(3)在铁表面镀锌可有效防止铁被腐蚀
已知:Zn²⁺放电的速率缓慢且平稳时有利于得到致密、细腻的镀层。
①镀件Fe应与电源的__________相连。
②向ZnSO₄电解液中加入NaCN溶液,将Zn²⁺转化为[Zn(CN)₄]²⁻,电解得到的镀层更加致密、细腻,原因是______________________________。

答案：
(1)2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑　
(2)①O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻　②溶液的酸碱性(或溶液的pH)
(3)①负极　②通过反应Zn²⁺ + 4CN⁻ ⇌ [Zn(CN)₄]²⁻降低c(Zn²⁺)，使得Zn²⁺放电速率减缓，同时通过平衡的移动补充放电消耗的Zn²⁺，使其浓度保持相对稳定，达到放电速率平稳的作用
解析：铁与硫酸铜反应生成的铜附着在铁表面，当浸入酸性较强溶液时发生析氢腐蚀，酸性极弱或接近中性溶液时发生吸氧腐蚀，发生吸氧腐蚀时铜为正极，O₂得电子被还原生成OH⁻，正极反应式为O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻；析氢腐蚀时铜也为正极，发生反应2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑，消耗H⁺，吸氧腐蚀产生OH⁻，故做探究实验时可通过采集溶液pH随时间变化的数据展开。
(1)铜为原电池的正极，氢离子在正极得到电子生成氢气，电极反应为2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑。
(2)①发生吸氧腐蚀时，Cu极的电极反应为O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻；②由图可知，酸性较强时发生析氢腐蚀，酸性极弱或接近中性时发生吸氧腐蚀，则第一阶段和第二阶段发生不同种类腐蚀的主要影响因素是溶液的酸碱性(或溶液的pH)。
(3)①由电镀的工作原理可知，电镀时，与直流电源正极相连的锌作电镀池的阳极，镀件Fe应与电源的负极相连；②电镀时，向ZnSO₄电解液中加入NaCN溶液，通过反应Zn²⁺ + 4CN⁻ ⇌ [Zn(CN)₄]²⁻降低c(Zn²⁺)，使得Zn²⁺放电速率减缓，同时通过平衡的移动补充放电消耗的Zn²⁺，使其浓度保持相对稳定，达到放电速率平稳的作用，这样电解得到的镀层更加致密、细腻。

18.(14分)(2024·江苏盐城伍佑中学模拟)电催化还原CO₂是当今资源化利用二氧化碳的重点课题,常用的阴极材料有有机多孔电极材料、铜基复合电极材料等。
(1)一种有机多孔电极材料(铜粉沉积在一种有机物的骨架上)电催化还原CO₂的装置示意图如图1所示。控制其他条件相同,将一定量的CO₂通入该电催化装置中,阴极所得产物及其物质的量与电压的关系如图2所示。
　　　　　　　　
①电解前需向电解质溶液中持续通入过量CO₂的原因是______________________________。
②控制电压为0.8 V,电解时转移电子的物质的量为__________mol。
③科研小组利用¹³CO₂代替原有的CO₂进行研究,其目的是______________________________。
(2)一种铜基复合电极材料Au/Cu₂O的制备方法:将一定量Cu₂O分散至水与乙醇的混合溶液中,向溶液中逐滴滴加HAuCl₄(一种强酸)溶液,搅拌一段时间后离心分离,得到Au/Cu₂O,溶液呈蓝色。写出Cu₂O还原HAuCl₄的离子方程式:______________________________。
(3)金属Cu/La复合电极材料电催化还原CO₂制备甲醛和乙醇的可能机理如图3所示。研究表明,在不同电极材料上形成中间体的部分反应活化能如图4所示。
　　　　　
①X为__________。在图3中相应位置补充完整虚线框内Y的结构。
②与单纯的Cu电极相比,利用Cu/La复合电极材料电催化还原CO₂的优点是______________________。

答案：

(1)①使阴极表面尽可能被CO₂附着，减少析氢反应的发生(减少氢离子在阴极上放电的概率)，提高含碳化合物的产率　②2.8　③确定阴极上生成的含碳化合物源自CO₂而非有机多孔电极材料　
(2)3Cu₂O + 6H⁺ + 2AuCl₄⁻ = 2Au + 6Cu²⁺ + 3H₂O + 8Cl⁻　
(3)①H⁺ + e⁻　　②加快了生成乙醇与甲醛的速率，提高了乙醇的选择性(合理即可)
解析：
(1)②控制电压为0.8V，产生0.2mol氢气和0.2mol乙醇，根据电极反应2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑，2CO₂ + 12e⁻ + 12H⁺ = C₂H₅OH + 3H₂O，故电解时转移电子的物质的量为0.4mol + 2.4mol = 2.8mol。
(2)将一定量Cu₂O分散至水与乙醇的混合溶液中，向溶液中逐滴滴加HAuCl₄(一种强酸)溶液，搅拌一段时间后离心分离，溶液呈蓝色，说明生成铜离子，故Cu₂O还原HAuCl₄的离子方程式为3Cu₂O + 6H⁺ + 2AuCl₄⁻ = 2Au + 6Cu²⁺ + 3H₂O + 8Cl⁻。
(3)从过程分析，两步都与X反应，共加上两个氢原子，故X为氢离子和一个电子，则Y的结构为。从图4分析，与单纯的Cu电极相比，利用Cu/La复合电极材料电催化还原CO₂的优点是加快了生成乙醇与甲醛的速率，提高了乙醇的选择性等。