1、第四节金属的电化学腐蚀与防护课时过关能力提升一、基础巩固1.下列有关金属腐蚀的说法中正确的是()A.金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程B.电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程C.钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀,负极吸收氧气,产物最终转化为铁锈D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同,但电化学腐蚀伴有电流产生答案:D2.钢铁发生吸氧腐蚀时,负极的电极反应式是()A.Fe-3e-Fe3+B.O2+2H2O+4e-4OH-C.Fe-2e-Fe2+D.O2+2H2O-4e-4OH-答案:C3.下列做法不能起防锈作用的是()A.保留铁制品上的铁锈B.在铁制
2、品表面镀锌C.在金属机械上涂油D.在车、船的表面刷油漆答案:A4.铁生锈是一种常见的自然现象,其主要的化学反应方程式为4Fe+3O2+xH2O2Fe2O3xH2O。如图为一放在水槽中的铁架,水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是()A.B.C.D.答案:C5.如图,拴上金属条的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中,可以看到贴近金属条一边的溶液出现粉红色,该金属条可能是()A.CuB.AlC.ZnD.Mg答案:A6.中国上海世博会澳大利亚馆的外墙采用的是特殊的耐风化钢覆层材料,外墙的颜色每天都在发生着变化,它会随空气中太阳、风雨、湿度的影响,逐渐从橙色转变成代表澳大利亚大漠的赭红色,这种转变运用了钢材
3、锈蚀原理。下列有关钢材生锈的说法正确的是()A.红色铁锈的主要成分是Fe(OH)3B.钢材在空气中的反应只有氧化、还原及化合反应C.钢材在空气中的腐蚀主要为电化学腐蚀,其负极的反应为:Fe-3e-Fe3+D.空气中太阳、风雨、湿度对钢材的腐蚀有较大影响解析:钢材在空气中发生吸氧腐蚀,其负极反应为:Fe-2e-Fe2+;正极反应为:O2+4e-+2H2O4OH-,总反应为:2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3xH2O+(3-x)H2O,其涉及反应类型为:氧化还原反应、化合反应、分解反应,故B、C错误;Fe2O3xH2
4、O是铁锈的主要成分,A错误;D正确。答案:D7.相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是()解析:在A中,食醋提供电解质溶液环境,铁勺和铜盆是相互接触的两个金属极,形成原电池,铁是活泼金属作负极;在B中,食盐水提供电解质溶液环境,铁炒锅和铁铲都是铁碳合金,符合原电池形成的条件,铁是活泼金属作负极,碳作正极;在C中,铜镀层将铁球覆盖、使铁被保护,所以铁不易被腐蚀;在D中,酸雨提供电解质溶液环境,铁铆钉和铜板分别作负、正极,形成原电池。答案:C8.下列说法正确的是()A.钢铁因含杂质而容易发生电化学腐蚀,所以合金都不耐腐蚀B.原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因,故不能用来减缓金属的腐蚀C.金
5、属发生化学腐蚀还是电化学腐蚀的主要区别在于金属的纯度不同D.无论哪种类型的腐蚀,其实质都是金属被氧化解析:金属通过改变内部结构,可以耐腐蚀,如将铁冶炼成不锈钢,则耐腐蚀,所以A项错误;原电池反应虽然可以导致金属腐蚀,但将需要保护的金属制品和活泼金属相连,构成原电池可以减慢金属的腐蚀,故B项错误;决定金属发生电化学腐蚀还是发生化学腐蚀的因素是金属周围的环境,如果金属直接接触有腐蚀性的气体或溶液,则会发生化学腐蚀,而一般情况下则发生电化学腐蚀,故C项错误;金属无论发生哪种类型的腐蚀,其实质都是金属失去电子被氧化,故D项正确。答案:D9.为研究金属腐蚀的条件和速率,某课外小组学生用金属丝将三根大小相
6、同的铁钉分别固定在图示的三个装置中,再放置于玻璃钟罩内保存一星期后,下列对实验结束时的现象描述不正确的是()A.装置左侧的液面一定会上升B.左侧液面装置比装置的低C.装置中的铁钉腐蚀最严重D.装置中的铁钉几乎没被腐蚀解析:中铁钉发生吸氧腐蚀,左端液面上升;中盐酸挥发,和铁钉反应生成H2,腐蚀最严重,中左端下降;中浓硫酸吸水,而铁钉在干燥空气中几乎不腐蚀。答案:B10.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
7、制造潜艇外壳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解析:金属防护的方法很多,可以采取以下措施进行:(1)改变金属的内部组织结构。合金钢中含有合金元素,使组织结构发生变化,耐腐蚀。如不锈钢。(2)在金属表面覆盖保护层。常见方式有:涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等;使表面生成致密氧化膜;在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。(3)电化学保护法:外加电源的阴极保护法:接上外加直流电源构成电解池,被保护的金属作阴极。牺牲阳极的阴极保护法:外加负极材料,构成原电池,被保护的金属作正极。答案:(1)O2+2H2O+4e-4OH-2Fe-4e-2Fe2+(2)B11.如图为青铜器在潮湿环境
8、中发生电化学腐蚀的原理示意图。(1)腐蚀过程中,负极是(填“a”“b”或“c”);(2)环境中的Cl-扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl,其离子方程式为;(3)若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为 L(标准状况)。解析:(1)在图中铜被腐蚀,由单质变为Cu2+,可知铜为负极。(2)在铜的吸氧腐蚀中,负极反应产物为Cu2+,正极反应产物为OH-,二者与Cl-反应的离子方程式为2Cu2+3OH-+Cl-Cu2(OH)3Cl。(3)4.29 g Cu2(OH)3Cl的物质的量为nCu2(OH)3Cl=4.29 g214.5 gmo
9、l-1=0.02 mol,则铜被腐蚀失去电子的物质的量为n(e-)=220.02 mol=0.08 mol;根据电子守恒可知,耗氧的物质的量为n(O2)=0.08mol4=0.02 mol,则标准状况下V(O2)=0.02 mol22.4 Lmol-1=0.448 L。答案:(1)c(2)2Cu2+3OH-+Cl-Cu2(OH)3Cl(3)0.44812.如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素,某同学做了如下探究实验:序号内容实验现象1常温下将铁丝放在干燥空气中1个月干燥的铁丝表面依然光亮2常温下将铁丝放在潮湿空气中1小时铁丝表面依然光亮3常温下将铁丝放在潮湿的空气中1
10、个月铁丝表面已变得灰暗4将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中1小时铁丝表面略显灰暗5将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中1小时铁丝表面已变得灰暗6将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中1小时铁丝表面灰暗程度比实验5严重回答以下问题:(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号);在电化学腐蚀中,负极反应是;正极反应是;(2)由该实验可知,可以影响铁锈蚀速率的因素有:;(3)为防止铁的锈蚀,工业上普遍采用的方法是(答两种方法)。答案:(1)3、4、5、6Fe-2e-Fe2+2H2O+O2+4e-4OH-(2)湿度、温度、O2的浓度、存在电解质溶液(3)电镀、喷油漆等表面覆盖保护层,牺牲阳极的阴
11、极保护法等二、能力提升1.(2018北京)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。在Fe表面生成蓝色沉淀试管内无明显变化试管内生成蓝色沉淀下列说法不正确的是()A.对比,可以判定Zn保护了FeB.对比,K3Fe(CN)6可能将Fe氧化C.验证Zn保护Fe时不能用的方法D.将Zn换成Cu,用的方法可判断Fe比Cu活泼解析:A项,对比可知,没有连接锌的Fe附近溶液在加入K3Fe(CN)6溶液后产生了蓝色沉淀,说明Zn保护了Fe,正确;B项,对比可知,铁氰化钾可能把Fe氧化为Fe2+,并进一步与Fe2+反应生成蓝色沉淀,正确;C项,生成蓝色沉淀,说明有Fe2+生
12、成,因而不能用于验证Zn保护Fe,正确;D项,实验中无论Fe作正极还是负极,Fe附近均产生蓝色沉淀,故将Zn换成Cu,无法证明Fe比Cu活泼,错误。答案:D2.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试管内盛装食盐水,溶液呈中性,发生的是吸氧腐蚀,负极反应式为Fe-2e-Fe2+,正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,显然a装置内气体的
13、物质的量减少,压强减小。b试管内盛装氯化铵,溶液呈酸性,发生的是析氢腐蚀,负极反应式为Fe-2e-Fe2+,正极反应式为2H+2e-H2,气体的物质的量增加,压强增大。答案:B3.下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()A.图a中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重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:图a中,烧杯底端的海水中含氧量比较少,故铁棒发生吸氧腐蚀的速率应该较小,A项错误;图b中,当开关置于N时,左边的锌与合金形成了
14、原电池,并且合金作正极,合金的腐蚀速率减小,B项正确;图c中,接通开关后,形成原电池,生成氢气的速率增大,但是氢气是在Pt电极上放出的,C项错误;图d中,在放电时主要是Zn与NH4Cl水解产生的H+发生电极反应引起,MnO2主要是吸收H2,D项错误。答案:B4.糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等,其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是()A.脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长糕点保质期B.脱氧过程中铁作原电池正极,电极反应为Fe-3e-Fe3+C.脱氧过程中碳作原电池负极,电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-D.含有1.12 g铁粉的脱氧剂,理论上最多能吸收
15、氧气336 mL(标准状况)解析:钢铁的吸氧腐蚀为放热反应,A错误。脱氧过程,铁为负极,电极反应为Fe-2e-Fe2+;碳作正极,电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-,B、C均错误。根据电极反应可得电池反应为2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2,Fe(OH)2可继续被氧化:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,因此可得关系式:4Fe3O2,1.12 g Fe完全反应最多可吸收O2 336 mL(标准状况),D正确。答案:D5.铁生锈是比较常见的现象,某实验小组为研究铁生锈的条件,设计了以下快速、易行的实验步骤:首先检查制氧气装置的气密性,然后按图连接好装置,点燃酒精灯给药品加
16、热,持续3 min左右,观察到的实验现象为:直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗,发生锈蚀;直形管中干燥的铁丝表面依然光亮,没有发生锈蚀;烧杯中潮湿的铁丝依然光亮。试回答以下问题:(1)由于接触的介质不同,金属腐蚀分成不同类型,本实验中铁生锈属于。能表示其原理的反应方程式为。(2)仪器A的名称为,其中装的药品可以是,其作用是。(3)由实验可知,该类铁生锈的条件为。决定铁生锈快慢的一个重要因素是。解析:钢铁在潮湿环境中形成原电池,发生电化学腐蚀。此实验在直形管中的现象说明,潮湿是铁生锈的前提,而没有潮湿程度对生锈快慢的影响,直形管实验与烧杯实验的对比,则说明O2浓度是影响铁丝生锈快慢的一个重要因素。答案:(1)电化学腐蚀负极:2Fe-4e-2Fe2+,正极:2H2O+O2+4e-4OH-(2)球形干燥管碱石灰(或无水氯化钙)干燥O2(3)与O2接触、与水接触氧气浓度