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- 2021-08-23 发布
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4.4金属的电化学腐蚀与防护
1.下列各变化中,属于原电池反应的是( )
A.在空气中,金属铝表面迅速氧化形成保护层
B.白铁(镀锌)表面有划损时,也能阻止铁被氧化
C.红热的铁丝与水接触,表面形成蓝黑色的保护层
D.在空气中,金属银表面生成一层黑色物质
【解析】 镀锌铁表面划损时,锌作原电池负极被氧化。A、C、D属于化学腐蚀。
【答案】 B
2.下列关于钢铁锈蚀的叙述中,不正确的是 ( )
A.钢铁锈蚀时,铁原子失去电子成为Fe3+,而后生成Fe(OH)3,再部分脱水成为氧化铁的水合物
B.镀银的铁制品,镀层部分受损后,露出的铁表面易被腐蚀
C.铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O,为保护海轮的船壳,常在船壳上镶入锌块
D.酸雨能使钢铁更容易发生析氢腐蚀
【解析】 钢铁锈蚀时铁作负极,失电子生成Fe2+,Fe2+与OH-结合生成Fe(OH)2,而后Fe(OH)2被氧化为Fe(OH)3,Fe(OH)3部分脱水成为氧化铁的水合物,A项错误;铁比银活泼,镀银铁制品破损后形成的原电池中铁为负极,腐蚀加快,B项正确;锌比铁活泼,形成原电池时锌为负极被腐蚀,保护铁,C项正确;酸性条件下钢铁易于发生析氢腐蚀,D项正确。
【答案】 A
3.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】 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+,铜板作正极,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三项均正确。
【答案】 A
4.如图装置中,U形管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液,各加入生铁块,放置一段时间。下列有关描述错误的是( )
A.生铁块中的碳是原电池的正极
B.红墨水柱两边的液面变为左低右高
C.两试管中相同的电极反应式是:Fe-2e-===Fe2+
D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀
【解析】 a为中性环境,发生吸氧腐蚀,氧气被消耗,气体压强减小;b中酸性较强,发生析氢腐蚀,有氢气放出,气体压强增大,所以红墨水柱两边的液面变为左高右低,故B项错。
【答案】 B
5.为了防止钢铁锈蚀,下列防护方法中正确的是( )
A.在精密机床的铁床上安装铜螺钉
B.在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨,一同浸入海水中
C.在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里
D.在地下输油的铸铁管上接直流电源的正极
【解析】 A、B中形成的原电池都是铁作负极,加速钢铁腐蚀;D中铸铁管作阳极,加速腐蚀;C中锌比铁活泼,铁作正极。
【答案】 C
6.下列关于金属的防护方法的说法不正确的是 ( )
A.我们使用的快餐杯表面有一层搪瓷,搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用
B.给铁件通入直流电,把铁件与电池负极相连接
C.轮船在船壳水线以下常装有一些锌块,这是利用了牺牲阳极的阴极保护法
D.钢铁制造的暖气管管道外常涂有一层较厚的沥青
【解析】 A项中搪瓷层破损后金属铁直接暴露在空气中,搪瓷层已不能再对破损部位形成有效的保护;B项中利用的是外加电流的阴极保护法,从而保护铁不被腐蚀;C项是牺牲阳极的阴极保护法;D项是用沥青作涂层的涂层保护法。
【答案】 A
7.有关金属腐蚀的叙述,正确的是 ( )
A.金属的腐蚀一定伴有电流产生
B.Fe在干燥的氯气里比在潮湿的空气里更易被腐蚀
C.发生化学能转变为电能的腐蚀时较活泼的金属总是作正极而被腐蚀
D.发生电化学腐蚀时都有能量的转变,且被腐蚀的金属总是失电子
【解析】 金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是金属直接与氧化剂反应,电子直接转移给氧化剂,无电流产生;而电化学腐蚀是最普遍的金属腐蚀,其原理与原电池原理一致。
【答案】 D
8.下列叙述不正确的是 ( )
A.铁表面镀锌,铁作阳极
B.船底镶嵌锌块,锌作负极,以防船体被腐蚀
C.钢铁吸氧腐蚀的正极反应;O2+2H2O+4e-===4OH-
D.工业上电解饱和食盐水的阳极反应:2Cl--2e-===Cl2↑
【解析】 本题考查电化学知识的应用。选项A,在铁表面镀锌时,应该锌作阳极,含Zn2+的溶液作电解液;选项B,Zn的活动性比Fe强,Zn失去电子而保护了船体;选项C,钢铁吸氧腐蚀时,O2在正极获得电子;选项D,Cl-失电子能力大于OH-,电解饱和食盐水时,Cl-在阳极失去电子变为Cl2。
【答案】 A
9.钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。
(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀,该腐蚀过程中的电极反应式为___________________________________________________________
______________________________________________________。
(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率,可以采用图甲所示的方案,其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________(填写字母序号)。
A.铜 B.钠 C.锌 D.石墨
(3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率,其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。
【解析】 (1)发生吸氧腐蚀时,负极上Fe失去电子,正极上O2得到电子。(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属,如锌,则锌失去电子而溶解,Fe被保护,属于牺牲阳极的阴极保护法。(3)乙属于外加电流的阴极保护法,需把被保护的铁闸门连接在电源的负极上。
【答案】 (1)负极:2Fe-4e-===2Fe2+,
正极:O2+2H2O+4e-===4OH-
(2)C (3)负
10.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为:Cu-2e-===Cu2+
【解析】 由图可知外围腐蚀速率大于中心腐蚀速率,腐蚀区将逐渐变小,铁锈环逐渐向中心扩展,当水蒸发完时电化学腐蚀结束。所以液滴中Na+、Cl-都是随着腐蚀区的减小由b区向a区移动,故A错;Fe被腐蚀时发生氧化反应,所以C错;改用嵌有铜螺丝钉的铁板,铁仍为负极而被腐蚀,D错。
【答案】 B
11.根据下图,下列判断中正确的是( )
A.烧杯a中的溶液pH升高
B.烧杯a中发生的反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-
C.烧杯b中发生还原反应
D.烧杯b中发生的反应为2Cl--2e-===Cl2↑
【解析】 根据图中电子移动的方向判断,烧杯a为正极区,电极反应为:O2+4e-+2H2O===4OH-,烧杯a中c(OH-)增大,pH升高,故A正确,B错误;烧杯b为负极区,电极反应为:Zn-2e-===Zn2+,为氧化反应,故C、D错误。
【答案】 A
12.关于下列各装置图的叙述中,不正确的是( )
A.用装置①精炼铜,则a极为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液
B.装置②的总反应是:Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+
C.装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连
D.装置④中的铁钉几乎没被腐蚀
【解析】 A项,根据电流方向,a为阳极,b为阴极,粗铜作阳极。B项,装置②的总反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+,错误。C项,被保护的金属应作阴极。D项,
铁钉所处的环境干燥不被腐蚀。
【答案】 B
13.(2012·海南高考)下列叙述错误的是( )
A.生铁中含有碳,抗腐蚀能力比纯铁弱
B.用锡焊接的铁质器件,焊接处易生锈
C.在铁制品上镀铜时,镀件为阳极,铜盐为电镀液
D.铁管上镶嵌锌块,铁管不易被腐蚀
【解析】 A、B选项,都是原电池原理,铁做负极,使铁更易腐蚀;D是牺牲阳极的阴极保护法。
【答案】 C
14.钢铁是目前应用最广泛的金属材料,了解钢铁腐蚀的原因与防护方法具有重要意义,对钢铁制品进行抗腐蚀处理,可适当延长其使用寿命。
(1)抗腐蚀处理前,生产中常用盐酸来除铁锈。现将一表面生锈的铁件放入盐酸中,当铁锈除尽后,可能发生的化合反应的化学方程式为______________________________________________________。
(2)利用如图装置,可以模拟铁的电化学防护。
①若X为碳棒,为减缓铁件的腐蚀,开关K应置于________处。
②若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为
_____________________________________________________。
(3)上图中若X为粗铜,容器中海水替换为硫酸铜溶液,开关K置于N处,一段时间后,当铁件质量增加3.2 g时,X电极溶解的铜的质量________3.2 g(填“<”、“>”或“=”)。铁件表面镀铜可有效防止铁被腐蚀,如果铁件部分未镀上铜,或镀层破损,镀铜铁比镀锌铁反而更易被腐蚀,请简要说明原因:___________________________________________________________
______________________________________________________。
【解析】 (1)铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O,与盐酸反应生成Fe3+,Fe3+会与Fe反应生成Fe2+。
(2)若X为碳棒,则需将铁件接电源的负极,即开关K置于N处。若X为Zn,则Zn—Fe—海水构成原电池,其中Zn作负极,Fe作正极。此方法称为牺牲阳极的阴极保护法。
(3)粗铜中含有杂质,转移电子共×2=0.1 mol。故X电极溶解Cu的质量小于3.2 g。若镀层破损,Cu和Fe在电解质溶液中构成原电池,其中Fe作负极,会加快Fe的腐蚀。
【答案】 (1)2FeCl3+Fe===3FeCl2
(2)①N ②牺牲阳极的阴极保护法(或牺牲阳极保护法)
(3)< 在潮湿的环境中构成原电池,铁是负极,加速腐蚀
15.A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸,如图所示:
(1)A中反应的离子方程式是__________________________________________________________。
(2)B中Sn极的电极反应式为______________,Sn极附近溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)C中被腐蚀的金属是________________________,总反应离子方程式是__________________________,比较A、B、C中铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是________________________________。
【解析】 (1)A中发生Fe与稀硫酸间的置换反应。
(2)B中Sn为正极,H+放电生成H2:2H++2e-===H2↑,导致Sn附近溶液中c(H+)减小,pH增大。
(3)C中Zn为负极被腐蚀。
【答案】 (1)Fe+2H+===Fe2++H2↑
(2)2H++2e-===H2↑ 增大
(3)Zn Zn+2H+===Zn2++H2↑ B>A>C
16.对金属制品进行腐蚀处理,可延长其使用寿命。
(1)以下为铝材表面处理的一种方法:
①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜,碱洗时常有气泡冒出,
原因是______________________(用离子方程式表示)。为将碱洗后槽液中的铝以沉淀形式回收,最好向槽液中加入下列试剂中的______________。
a.NH3 b.CO2
c.NaOH d.HNO3
②以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极的电极反应式为___________________________________________________________
______________________________________________________。
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀,电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是____________________________________________________
______________________________________________________。
(3)利用如图装置,可以模拟铁的电化学防护。
若X为碳棒,为减缓铁的腐蚀,开关K应置于______处。
【解析】 (1)①铝与碱反应产生H2,离子方程式为2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑;通CO2气体,可以让溶液中的[Al(OH)4]-全部转化为Al(OH)3沉淀。
②阳极材料是铝,属于活泼金属电极,电极本身参与反应,反应过程中失去电子而生成Al2O3。电解质溶液是稀硫酸,溶液中的水为金属铝提供了氧元素,所以电极反应式为2Al+3H3O-6e-===Al2O3+6H+。
(2)电镀时,镀件做阴极,镀层金属做阳极,镀层金属的盐溶液做电解液。
(3)X为碳棒时,接M时,Fe做负极,被腐蚀;接N时,Fe做阴极,被保护。
【答案】 (1)①2Al+2OH-+6H2O===2[Al(OH)4]-+3H2↑ b
②2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+
(2)补充溶液中的Cu2+,保持溶液中Cu2+的浓度恒定
(3)N
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