1、第4节 金属的电化学腐蚀与防护(45分钟100分)一、选择题(本题包括7小题,每小题6分,共42分)1.下列有关金属的说法正确的是()A.牺牲阳极的阴极保护法构成原电池,被保护的金属作正极B当镀锌铁制品的镀层破损时,镀层不能对铁制品起保护作用C.不锈钢不易生锈是因为表面有保护膜D.可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀【解析】选A。牺牲阳极的阴极保护法构成原电池,被保护的金属作正极,A正确;镀锌铁镀层破损时,形成原电池,金属锌为负极,金属铁作正极被保护,B错误;不锈钢不易生锈是因为改变了金属的内部结构,C错误;地下输油钢管应与外加直流电源的负极相连,D错误。2.某课外活动小组
2、,将剪下的一块镀锌铁放入试剂瓶中,并滴入少量食盐水将其浸湿,再加数滴酚酞溶液,按图装置进行实验,数分钟后观察,下列现象不可能出现的是()A.乙中导气管里形成一段水柱B.乙中导气管中产生气泡C.金属片剪口处溶液变红D.锌被腐蚀【解析】选B。锌铁合金放入NaCl溶液中,形成了原电池,由于金属活动性:ZnFe,且电解质溶液为NaCl溶液,呈中性,故发生了Zn的吸氧腐蚀,导致甲中压强减小,乙中应形成一段水柱,由于O2得电子后结合H2O形成OH-,显碱性,使酚酞变红,故A、C、D现象可出现,B现象不可能出现。3.一定条件下,碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下:pH2466.5813.514腐蚀快慢较快慢较快主
3、要产物Fe2+Fe3O4Fe2O3Fe下列说法不正确的是()A.在pH6溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀C.在pH14溶液中,碳钢腐蚀的正极反应为O2+4H+4e2H2OD.在煮沸除氧气后的碱性溶液中,碳钢腐蚀速率会减缓【解析】选C。A项,pH6的溶液,氧气得电子,发生吸氧腐蚀,正确;C项,pH14的溶液,氧气与水反应得电子:O2+2H2O+4e-4OH-,错误;D项,煮沸后除去了氧气,碳钢的腐蚀速率会减小,正确。4.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周中心区(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
4、边缘少。下列说法正确的是()A.液滴中的Cl由a区向b区迁移B.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+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.液滴边缘是正极区,发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-【解析】选D。本题中涉及的是钢铁的腐蚀,因为NaCl溶液显中性,显然发生的是吸氧腐蚀。根据现象可以确定含氧少的a区为正极区,其边缘含氧较多为负极区,负极发生的反应为Fe-2e-Fe2+,正极发生的反应为O2+2H2O+4e-4OH-。液滴中
5、的Cl由b区向a区迁移,所以A项错误,D项正确;B项因铁比铜活泼,应铁作负极,所以该项错误;C项因为铁发生的是氧化反应,所以该项错误。5.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】选B。A.两侧均发生金属腐蚀,形成原电池,生铁中的碳作电池的正极,铁作电池的负极,正确;B.a中盛有氯化钠溶液,溶液为中性,所以发生的是吸氧腐蚀,压强减小,而b中盛有
6、氯化铵溶液,溶液显酸性,所以发生的是析氢腐蚀,压强增大,所以U形管液面左高右低,错误;C.两试管中都有Fe失去电子生成亚铁离子的反应,正确;D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀,正确。【易错提醒】两个试管中的酸碱性不同,所以发生的是不同类型的电化学腐蚀。6.下列事实中,不能用电化学理论解释的是()A.轮船水线以下的船壳上安装一定数量的锌块B.高温车间中钢铁设备的腐蚀C.纯锌与稀硫酸反应时,滴入少量CuSO4溶液后,反应速率提高D.镀锌铁比镀锡铁耐用【解析】选B。高温车间中钢铁设备的腐蚀是发生了一般的化学反应而被腐蚀的过程。其他选项都涉及原电池反应。7.研究电化学腐蚀及防护的装置如
7、图所示。下列有关说法错误的是()A.d为石墨,铁片腐蚀加快B.d为石墨,石墨上电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-C.d为锌块,铁片不易被腐蚀D.d为锌块,铁片上电极反应为2H+2e-H2【解析】选D。由于活动性:铁石墨,所以铁、石墨及海水构成原电池,Fe为负极,失去电子被氧化变为Fe2+,进入溶液,溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原,铁片腐蚀比没有形成原电池时的速率快,A正确;d为石墨,由于是中性电解质,所以发生的是吸氧腐蚀,石墨上氧气得到电子,发生还原反应,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,B正确;若d为锌块,则由于金属活动性:ZnFe,Zn为原电池的负极,Fe为正极
8、,首先被腐蚀的是Zn,铁得到保护,铁片不易被腐蚀,C正确;d为锌块,由于电解质为中性环境,发生的是吸氧腐蚀,在铁片上电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,D错误。【补偿训练】为研究金属腐蚀的条件和速率,某课外小组学生将三根大小相同的铁丝分别固定在图示的三个装置中,再放置于U形管里保存一星期后,下列对实验结束时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.装置中的铁丝腐蚀最严重D.装置中的铁丝几乎没被腐蚀【解析】选B。中铁丝发生吸氧腐蚀,左侧液面上升;中盐酸挥发,和铁丝反应生成H2,腐蚀最严重,中左侧液面下降;中浓硫酸吸水,而铁丝在干燥空气中几乎不腐蚀。二、
9、非选择题(本题包括3小题,共58分)8.(18分)钢铁工业是一个国家工业的基础,而且钢铁制品在人们的生产生活中有着广泛的用途。(1)钢材加工前需要对其表面的氧化物(如铁锈)进行处理。常用的方法之一是用硫酸处理。下列能加快除去钢铁表面氧化物速率的是_(填字母)。A.用中等浓度的硫酸B.用98.3%的浓硫酸C.加热D.加少许铜粉(2)实际生产中也可以用适量的稀盐酸来处理钢铁表面的铁锈。某同学在实验室中,将一块表面生锈的铁片置入稀盐酸中。写出铁锈完全消失后溶液中发生化合反应的离子方程式:_。(3)防止钢铁腐蚀可以延长钢铁制品的使用寿命。在钢铁制品表面镀铜可以有效地防止其腐蚀,电镀的装置如图所示:上面
10、的电镀装置图的“直流电源”中,_(选填“a”或“b”)是正极。接通电源前,装置图中的铜、铁两个电极质量相等,电镀完成后,将两个电极取出,用蒸馏水小心冲洗干净、烘干,然后称量,二者质量差为5.12 g,由此计算电镀过程中电路中通过的电子的物质的量为_。上述铁镀件破损后,铁更容易被腐蚀。请简要说明镀铜铁镀件破损后,铁更容易被腐蚀的原因:_,由此可推知铁镀_(填一种金属)在破损时铁不易被腐蚀。【解析】(1)稀硫酸可以与铁反应,而浓硫酸则可以使铁钝化;加热可以使铁与浓硫酸反应;铜可以与Fe3+反应,从而降低溶液中Fe3+的浓度,有利于硫酸与铁锈的反应。(2)铁锈溶解于酸,生成Fe3+,Fe3+能与单质
11、铁发生化合反应。(3)电镀时正极连接的电极为阳极,故a为正极;阳极溶解的铜等于阴极上析出的铜,故阳极溶解的铜为2.56 g,即0.04 mol,故电镀过程中电路中通过的电子的物质的量为0.08 mol;镀件破损时,镀层金属与镀件金属在周围环境中形成原电池,活动性强的金属更容易被腐蚀。答案:(1)B、D(2)2Fe3+Fe3Fe2+(3)a0.08 mol铁比铜活泼,铁与铜构成原电池的两个电极,铁作负极,更易被腐蚀锌9.(20分)钢铁工业是国家工业的基础,请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。(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,溶液中发生的化合反应的化学方程
12、式为_。(2)下列哪些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:A电极对应的金属是_(写元素名称),B电极的电极反应式是_。若电镀前A、B两金属片质量相同,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。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)铁锈主要成分为Fe2O3H2O,与HCl反应生成Fe3+,Fe3+具有强氧化性,能够氧化铁:2Fe3+Fe3Fe2+。(2)根据原电池和电解池原理可知,A项铁作负极,加速了铁的腐蚀;B项铁作正极被保护;C项为铁的自然腐蚀;D项
13、铁作阳极,加速了铁的腐蚀。(3)镀铜时阳极材料应选铜。阳极溶解铜,阴极析出铜,故在阴极析出铜的质量为=2.56 g。根据Cu2+2e-Cu可知转移电子数为0.08 mol。镀铜铁中镀层破损,构成原电池,铁为负极被腐蚀,而镀锌铁中镀层破损,铁作正极被保护。答案:(1)2FeCl3+Fe3FeCl2(2)B(3)铜Cu2+2e-Cu0.08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(叙述合理即可)【补偿训练】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”
14、“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)ZnZn+2H+Zn2+H2BAC10.(20分)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碳粉置于锥形瓶底部,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
15、。(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格):编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%为以下实验作参照0.52.090.0醋酸浓度的影响0.536.00.22.090.0(2)编号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,碳粉表面发生了_(填“氧化”或“还原”)反应,其电极反应式是_。(3)该小组对图2中0t1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)实验是探究醋酸浓度的影响,因此醋酸浓度不同,其他条件相同,即铁粉的质量为2.0
16、 g,实验是探究碳粉的量对反应的影响。(2)t2时压强减小,则是发生了吸氧腐蚀,碳是正极,发生还原反应:O2+4e-+2H2O4OH-或4H+O2+4e-2H2O,电子流向是铁碳:。(3)压强变大可能是产生了气体、温度升高等,因此假设二是反应放热。答案:(1)2.0碳粉含量的影响(2)吸氧还原O2+4e-+2H2O4OH-或4H+O2+4e-2H2O(3)反应放热,温度升高,体积膨胀【补偿训练】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一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一小时铁丝表面
17、依然光亮3常温下将铁丝放在潮湿的空气中一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一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一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一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是_;(3)为防止铁的锈蚀,工业上普遍采用的方法是_(答两种方法)。【解析】解答第(1)题应注意联系金属的化学腐蚀与电化学腐蚀的区别,不纯的金属与电解质溶液接触,因发生原电池反应,较活泼的
18、金属失电子而被氧化,分析题中实验可知,实验3、4、5、6发生了电化学腐蚀,其中负极反应是Fe-2e-Fe2+,正极反应是O2+2H2O+4e-4OH-。解答第(2)题时,对比实验1和3可得出湿度增大,可使铁锈蚀速率加快;对比实验2、4可知增大O2浓度可加快铁锈蚀的速率;对比实验4、5可知升高温度可加快铁锈蚀的速率;对比实验5、6可知电解质的存在会使铁锈蚀的速率加快。第(3)题,为防止铁的锈蚀,根据铁锈蚀的类型,可采用牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法,还可把铁制成不锈钢(合金),亦可采用喷油漆、涂油脂、电镀、表面钝化等方法使铁与空气、水等物质隔离,以防止金属腐蚀。答案:(1)3、4、5、6Fe-2e-Fe2+(或2Fe-4e-2Fe2+)2H2O+O2+4e-4OH-(2)温度、湿度、O2的浓度、电解质存在(3)电镀、发蓝等表面覆盖保护层,牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法等(答案合理即可)