高中化学第4章电化学基础第4节金属的电化学腐蚀与防护课后提能层级练新人教版选修4 2 9页

第四节　金属的电化学腐蚀与防护 课后提能 层级练 ‎1．钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是(　　)‎ A．2H＋＋2e－===H2↑‎ B．Fe2＋＋2e－===Fe C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－‎ D．Fe3＋＋e－===Fe2＋‎ 解析：选C　钢铁发生吸氧腐蚀，正极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。‎ ‎2．下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是(　　)‎ A．水中的钢闸门连接电源的负极 B．金属护栏表面涂漆 C．汽车底盘喷涂高分子膜 D．地下钢管连接镁块 解析：选A　水中的钢闸门连接电源的负极，即使用了外加电流，A正确；金属护栏表面涂漆，是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法，B错误；汽车底盘喷涂高分子膜，也是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法，C错误；地下钢管连接镁块，是牺牲阳极的阴极保护法，D错误。‎ ‎3．下列有关金属的保护方法的说法中正确的是(　　)‎ A．常使用的快餐杯表面有一层搪瓷，若搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用 B．白铁(镀锌铁)镀层破损后，铁皮的腐蚀速率很慢 C．轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阴极的阳极保护法 D．钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青，这是钢铁的电化学保护法 解析：选B　涂层破损后，铁直接暴露在空气中，因而搪瓷层不能对破损部分进行保护，A错误；镀层破损后由于锌的金属性比铁强，和铁构成原电池，锌作负极，保护铁不被腐蚀，B正确；应是牺牲阳极的阴极保护法，C错误；应是用沥青作涂层的涂层保护法，D错误。‎ ‎4．以下现象与电化学腐蚀无关的是(　　)‎ A．镀锡铁器比镀锌铁器表面破损时更易被腐蚀 B．纯铁不容易生锈 C．镶有相邻的银牙和金牙容易引起头痛 D．输送氯气的钢管易被氯气腐蚀 解析：选D　A项中镀锡铁器表面破损时形成原电池，Fe作负极，易被腐蚀，而镀锌铁器表面破损时形成原电池，Fe作正极，被保护；B项中纯铁不能形成原电池，所以不容易被腐蚀；C项中相邻的银牙和金牙容易形成原电池产生电流，使人头痛恶心；D项中铁和Cl2‎ 9‎ 直接发生反应，为化学腐蚀，与电化学腐蚀无关。‎ ‎5．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是(　　)‎ A．图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图2中，插入溶液中的铁棒容易溶解，主要是发生电化学腐蚀 C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀 D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极 解析：选C　铁棒越靠近海水液面处腐蚀越严重，因为该处O2浓度最大，A错误；铁棒作为电解池的阴极被保护，B错误；镁块相当于原电池的负极，D错误。‎ ‎6．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是(　　)‎ A．正极的电极反应方程式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成 C．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈 D．分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快 解析：选D　铁是负极，失电子被氧化成Fe2＋，在正极氧气得电子发生还原反应生成OH－，反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A项正确；将氧气吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极快，D项错误；向自来水中加入NaCl(s)，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率，C项正确；若将石墨电极换成Mg电极，则负极为Mg，Fe被保护，难以看到铁生锈，B项正确。‎ ‎7．潜艇的金属外壳浸在海水中，在海水和空气的作用下会被腐蚀。‎ ‎(1)若海水呈中性，一艘钢制外壳的潜艇在海水中发生腐蚀的电极反应式为：‎ 正极：________________________________________________________，‎ 负极：________________________________________________________。‎ ‎(2)为有效地保护潜艇，下列措施中最好的是________。‎ A．采用纯铁制造潜艇外壳 B．采用耐腐蚀的合金制造潜艇外壳 9‎ C．在潜艇外壳上涂一层油 D．在潜艇外壳上装一定数量的锌块 答案：(1)O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ ‎2Fe－4e－===2Fe2＋‎ ‎(2)D ‎8．回答下列问题：‎ ‎(1)如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。‎ ‎①该电化学腐蚀称为________。‎ ‎②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是________(填字母)。‎ ‎③以锌为负极，采用牺牲阳极的阴极保护法防止铁闸的腐蚀，图中锌块的固定位置最好应在________处(填字母)。‎ ‎(2)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注：‎ ‎(3)如图所示的各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是________。‎ 解析：(1)①金属在中性或较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。②发生吸氧腐蚀，越靠近液面接触到的O2越多，腐蚀得越严重。③锌块应固定在腐蚀最严重的C处形成原电池，锌作负极，铁闸作正极，得到保护。(2)要用石墨通过电化学腐蚀保护铜，只能用电解池原理，碳接电源正极，铜接电源负极。(3)当电解质溶液相同时，同一金属腐蚀的快慢是电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。‎ 9‎ 答案：(1)①吸氧腐蚀　②B　③C(2)(3)④>②>①>③‎ ‎1．下列说法中正确的是(　　)‎ ‎①镀层破损后，白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易被腐蚀 ‎②钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3·xH2O ‎③锌和铁构成原电池时，铁作负极 ‎④铅蓄电池中铅作负极，PbO2作正极，两极浸到稀H2SO4中 A．只有②④　　　　　　 B．只有①③‎ C．①②③ D．①②③④‎ 解析：选A　镀层破损后，白铁形成原电池时，因为锌比铁活泼，易失电子，从而保护了铁，而马口铁破损后，因为形成原电池时，铁比锡活泼，铁被腐蚀，所以在镀层破损后，马口铁比白铁更易被腐蚀，①说法错误；钢铁无论发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀，铁都是失电子变成Fe2＋，吸氧腐蚀更普遍，O2得电子变成OH－，与Fe2＋结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2在空气中很易被氧化成Fe(OH)3，因此铁锈的成分常用Fe2O3·xH2O表示，②说法正确；锌和铁构成原电池时，锌比铁活泼，应该是锌作负极，③说法不正确；④说法正确，故A正确。‎ ‎2．铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法不正确的是(　　)‎ A．正极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ B．此过程中还涉及反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3‎ C．此过程中铜并不被腐蚀 D．此过程中电子从Fe移向Cu 解析：选A　该图表示为吸氧腐蚀，其中铁铆钉为负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，铜板为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，当形成Fe(OH)2后，还有4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3这个反应，故A项错误，B、C、D项正确。‎ ‎3．如图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)。下列叙述正确的是(　　)‎ 9‎ A．a中铁钉附近呈现红色 B．b中铁钉上发生还原反应 C．a中铜丝上发生氧化反应 D．b中铝条附近有气泡产生 解析：选B　a中铁比铜活泼，铁作负极，发生氧化反应，铜作正极，发生还原反应，电极反应式分别为负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，因此A、C不正确；b中铝比铁活泼，铝作负极，发生氧化反应，铁作正极，发生还原反应，电极反应式分别为负极：4Al－12e－===4Al3＋，正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－，因此B正确，D不正确。‎ ‎4．根据图示判断，下列说法正确的是(　　)‎ A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋‎ B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动 D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大 解析：选D　装置Ⅰ中，由于Zn比Fe活泼，所以Zn作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－；由于正极有OH－生成，因此溶液的pH增大。装置Ⅱ中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；由于正极不断消耗H＋，所以溶液的pH逐渐增大，A、B项错误，D项正确；盐桥中的阳离子移向原电池的正极，C项错误。‎ ‎5．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　)‎ 9‎ A．图a中，铁钉易被腐蚀 B．图b中，开关由M改置于N时，Cu-Zn合金的腐蚀速率减小 C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 D．图d中，Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的 解析：选B　图a中铁钉与溶液不接触，不能形成原电池，因此不易被腐蚀，A错误；图b中开关置于M时，Cu-Zn合金作负极，由M改置于N时，Cu-Zn合金作正极，腐蚀速率减小，B正确；图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt极上放出，C错误；NH水解使溶液显酸性，Zn在酸性条件下被腐蚀，主要由Zn的还原作用引起，而不是MnO2的氧化作用引起的，D错误。‎ ‎6．将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是(　　)‎ A．液滴中的Cl－由a区向b区迁移 B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈 D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋‎ 解析：选B　液滴边缘O2多，在碳粒上发生正极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。液滴下的Fe发生负极反应：Fe－2e－===Fe2＋，为腐蚀区(a)，B选项正确；阴离子应移向负极，即Cl－由b区向a区迁移，A选项错误；液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀，C选项错误；铜螺丝钉在铁板上，Cu不如铁活泼，作正极，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，D选项错误。‎ ‎7．钢铁工业是国家工业的基础。请回答钢铁腐蚀、防护过程中的有关问题。‎ 9‎ ‎(1)生产中可用盐酸来除铁锈，现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，发生的化合反应的化学方程式为________________________。‎ ‎(2)下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀________。‎ ‎(3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置如图所示：‎ 请回答：‎ ‎①A电极对应的金属是________(写元素符号)，B电极的电极反应是______________________。‎ ‎②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为‎5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为________ mol。‎ ‎③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因__________________________________________________。‎ 解析：(1)铁锈的主要成分是Fe2O3，Fe2O3和盐酸反应生成Fe3＋，2FeCl3＋Fe===3FeCl2。‎ ‎(2)B项是牺牲阳极(Zn)的阴极(Fe)保护法，D是外加电流的阴极(Fe)保护法。‎ ‎(3)①电镀的特点是：待镀金属作阴极，镀层金属作阳极，则A为阳极应是铜，B为阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu。‎ ‎②两极质量差为‎5.12 g，则每极变化质量为＝‎2.56 g，转移电子的物质的量为×2＝0.08 mol。‎ ‎③镀层破损后易形成原电池，铁比铜活泼，铁作负极更易被腐蚀。‎ 答案：(1)2FeCl3＋Fe===3FeCl2‎ ‎(2)BD ‎(3)①Cu　Cu2＋＋2e－===Cu ‎②0.08‎ 9‎ ‎③铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀(其他合理答案也可)‎ ‎8．如图所示是某研究性学习小组探究金属腐蚀条件的实验装置图，试分析实验并回答下列问题：‎ ‎(1)若起始时甲、乙、丙三套装置的导管中液面高度相同，过一段时间后液面最高的是________。铁粉腐蚀的速率由大到小的排列顺序为(用甲、乙、丙填写)________。‎ ‎(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越________(填“高”或“低”)越易腐蚀。‎ ‎(3)乙装置中发生电化学腐蚀时正极的电极反应式为_________________。‎ ‎(4)针对乙、丙装置研究的结果分析，可采用何种防护措施来减缓金属的腐蚀：____________________________(写出一点即可)。‎ 解析：铁粉、炭粉—食盐水构成原电池，发生吸氧腐蚀，故乙中液面最高；甲中铁粉中的少量碳也能发生吸氧腐蚀，但由于C的含量少，故不如乙中Fe腐蚀得快，丙中乙醇为非电解质，铁粉、炭粉形不成原电池，Fe受到保护，故可把钢铁放在油脂或有机溶剂中进行防护。‎ 答案：(1)乙　乙>甲>丙(2)高(3)2H2O＋O2＋4e－===4OH－(4)将金属放在油脂或有机溶剂中 ‎9．某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和炭粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。‎ ‎(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：‎ 编号 实验目的 炭粉/g 铁粉/g 醋酸/%‎ ‎①‎ 为以下实验作参照 ‎0.5‎ ‎2.0‎ ‎90.0‎ ‎②‎ 醋酸浓度的影响 ‎0.5‎ ‎36.0‎ ‎③‎ ‎0.2‎ ‎2.0‎ ‎90.0‎ ‎(2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了________腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，炭粉表面发生了________(填“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是____________________。‎ 9‎ ‎(3)该小组对图2中0～t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二：‎ 假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；‎ 假设二：__________________________。‎ 解析：(1)探究醋酸浓度对电化学腐蚀的影响时，应保证炭粉和铁粉的质量与参照实验相同，因此实验②中铁粉为‎2.0 g；对比实验①和③可知，铁粉的质量及醋酸的浓度相同，而炭粉的质量不同，显然探究的是炭粉的含量对铁的电化学腐蚀的影响。‎ ‎(2)当铁发生析氢腐蚀时，由于生成H2，容器的压强不断增大，而发生吸氧腐蚀时，由于消耗O2，容器的压强不断减小，t2时容器的压强明显小于起始压强，说明铁发生了吸氧腐蚀，此时Fe作负极，失去电子发生氧化反应；炭粉作正极，O2在其表面得到电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。‎ ‎(3)Fe发生电化学腐蚀时，放出热量，使体系的温度升高。‎ 答案：(1)②2.0　③炭粉含量的影响 ‎(2)吸氧　　还原　2H2O＋O2＋4e－===4OH－‎ ‎(3)反应放热，温度升高 9‎