1、金属的腐蚀与防护(40分钟70分)一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分)1港珠澳大桥的设计使用寿命高达120年，主要的防腐方法有：钢梁上安装铝片；使用高性能富锌(富含锌粉)底漆；使用高附着性防腐涂料；预留钢铁腐蚀量。下列分析不合理的是()A防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率B防腐过程中铝和锌均作为牺牲阳极，失去电子C钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为Fe3e=Fe3D方法只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除【解析】选C。大桥是铁的合金材料，表面接触空气、水蒸气，易形成原电池，防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率，故A正确； 铝和锌的金属活动性大于铁，故铁腐蚀过程中铝和锌
2、均作为牺牲阳极，失去电子，保护了铁，故B正确；钢铁发生吸氧腐蚀时，铁作负极，失电子发生氧化反应，电极反应式为Fe2e=Fe2，故C错误；铁的生锈发生的是电化学腐蚀，方法只能减缓钢铁腐蚀，不能完全消除铁的腐蚀，故D正确。2(2021临汾高二检测)下列关于金属腐蚀和保护的说法正确的是()A牺牲阳极法利用电解法原理B金属的化学腐蚀的实质是Mne=Mn，电子直接转移给还原剂C外加电流法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近于零D铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时正极的电极反应为2H2e=H2【解析】选C。牺牲阳极法利用原电池原理，用较活泼的金属作负极先被氧化，故A错误；金属的化学腐蚀的
3、实质是金属作还原剂Mne=Mn，电子直接转移给氧化剂，故B错误；外加电流法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近于零，故C正确；铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时，铜作负极，碳正极的电极反应为O24e4H=2H2O，故D错误。3埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下，被腐蚀速率最慢的是()A在潮湿疏松的碱性土壤中B在含铁元素较多的酸性土壤中C在干燥致密不透气的土壤中D在含碳较多，潮湿透气的中性土壤中【解析】选C。潮湿疏松的土壤中，铁容易和氧气、水接触，腐蚀较快，A错误；酸性条件下腐蚀较快，B错误；干燥致密不透气的土壤，水、氧气较少，腐蚀最慢，C正确；在含碳较多的潮湿透气的中性
4、土壤中，容易形成原电池，铁腐蚀最快，D错误。4下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是()A若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀B若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀C若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极法D若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H2e=H2【解析】选D。若X为碳棒，开关K置于A处，Fe作电解池的阴极，属外加电流法，A项正确；若X为碳棒，开关K置于B处，Fe作原电池的负极，电极反应为Fe2e=Fe2，D项不正确；若X为锌棒，K置于A处，Fe作电解池的阴极，属外加电流法，K置于B处时，Fe作原电池的正极，属牺牲阳极法，B项和C项均正确。5全世界每
5、年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的是()A酸性土壤中的钢铁主要发生吸氧腐蚀B金属棒M的材料应该是比铁活泼的金属C金属棒M上发生反应：Mne=MnD这种方法称为牺牲阳极法【解析】选A。钢铁中含有碳的小颗粒，在潮湿的酸性土壤中形成原电池，发生析氢腐蚀，A错误；当金属棒M的活动性大于Fe时，M作负极，Fe作正极免受腐蚀，B正确；M作负极，发生失电子反应：Mne=Mn，C正确；较活泼的M作负极发生氧化反应，Fe作正极，受到保护，称为牺牲阳极法，D正确。6铁生锈是一种常见的自然现象，其主要化学反应方程式为4Fe3O2xH
6、2O=2Fe2O3xH2O。如图为一放在水槽中的铁架，水位高度如图所示。最容易生锈的铁架横杆是()A.BCD【解析】选C。铁的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀，后者是铁腐蚀的主要原因。电化学腐蚀中最常见的是在中性和弱酸性条件下的吸氧腐蚀，图中处接触空气最多且与水接触，最符合吸氧腐蚀发生的条件，所以腐蚀最快。处不存在电解质溶液，只能发生化学腐蚀，处接触溶液中含氧量少，吸氧腐蚀机会也少。7(双选)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)，下列叙述正确是()A.a中铜丝附近呈现红色Bb中铁钉上发生还原反应Ca中铜丝上
7、发生氧化反应Db中铝条附近有气泡产生【解析】选A、B。两者都能形成原电池，发生类似铁的吸氧腐蚀。a中铁钉是负极，发生的反应为Fe2e=Fe2，铜丝是正极发生还原反应，发生的反应为2H2OO24e=4OH，正极附近显碱性，呈红色，A正确，C错误；b中铝条是负极发生氧化反应，不会有气泡生成，铁钉是正极发生还原反应，D错误，B正确。8(双选)氯盐可导致混凝土中的钢筋腐蚀。为防止混凝土中的钢筋腐蚀，可在混凝土表面敷置一定电解质溶液并将惰性金属导电网浸泡其中，惰性金属导电网与钢筋分别连接外部直流电源从而除去Cl，装置如图，下列说法错误的是()A.钢筋接电源的正极B金属导电网上发生的电极反应为2Cl2e=
8、Cl2C混凝土中的钙离子向钢筋方向移动D电解一段时间后钢筋附近溶液的pH减小【解析】选A、D。由Cl移动的方向可知钢筋接电源的负极，故A错误；金属导电网为阳极，发生的电极反应为2Cl2e=Cl2，故B正确；混凝土一端为阴极，钙离子为阳离子，所以向钢筋方向移动，故C正确；钢筋附近发生的电极反应为：2H2O2e=H22OH，所以电解一段时间后钢筋附近溶液的pH增大，故D错误。9镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有0.2 mol电子发生转移，下列说法正确的是()有5.6 g金属被腐蚀有6.5 g金属被腐蚀在标准状况下有2.24 L气体放出在标准状况下有1.12 L气体放出A B C D【解析】选B。镀锌铁发
9、生电化学腐蚀，活泼性强的锌作负极：Zn2e=Zn2，有0.2 mol电子转移，有0.1 mol Zn溶解，在正极上：2H2e=H2，生成0.1 mol H2，B正确。10根据如图实验装置判断，下列说法正确的是()A.该装置能将电能转化为化学能B活性炭为正极，其电极反应式：2H2e=H2C电子从铝箔流出，经电流计、活性炭、滤纸回到铝箔D装置内总反应方程式：4Al3O26H2O=4Al(OH)3【解析】选D。该装置是将化学能转化为电能的装置，为原电池，A错误；活性炭作正极，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式：O22H2O4e=4OH，B错误；铝作负极，电子从负极铝经导线流向活性炭，不经过滤纸
10、，滤纸内依靠离子的移动构成电流回路，C错误；负极电极反应式：Al3e=Al3，正极反应式：O22H2O4e=4OH，总反应方程式：4Al3O26H2O=4Al(OH)3，D正确。二、非选择题(本题包括2小题，共20分)11(10分)下图所示的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、
11、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、炭粉不形成原电池，Fe受到保护，故可把金属放在油脂或有机溶剂中进行防护。答案：(1)乙乙甲丙(2)高(3)2H2OO24e=4OH(4)将金属放在油脂或有机溶剂中12(10分)某研究小组对铁生锈进行研究。(1)甲同学设计了A、B、C实验(如图)，探究铁生锈的条件。经过较长时间后，甲同学观察到的现象是A中铁钉生锈；B中铁钉不生锈；C中铁钉不生锈。通过上述实验现
12、象分析，可得出铁生锈的外部条件是_；铁钉发生电化学腐蚀的正极电极反应式为_；实验B所用的水要经过_处理；植物油的作用是_；实验C中碱石灰的作用是_。(2)乙同学为了达到同样目的，设计了实验D(如图)，发现一段时间后，试管中的液面升高，其原因是_，该实验_(填“能”或“不能”)说明水对铁钉生锈产生影响。【解析】铁在潮湿环境下形成原电池，发生电化学腐蚀。B试管用植物油防止氧气与铁接触，则说明O2是影响生锈的一个重要因素。C中的现象说明，潮湿是铁生锈的另一个重要因素。D中既有空气又有水分存在，不能确定是哪种因素对铁钉生锈产生的影响。答案：(1)有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)O24e2H2O=4
13、OH煮沸(或“除去氧气”)隔绝空气(或“防止氧气与铁接触”)吸收水蒸气(或“干燥”、“保持试管内干燥环境”)(2)铁的腐蚀要吸收氧气(或“消耗了氧气”)使气体体积减小不能(20分钟30分)一、选择题(本题包括2小题，每小题5分，共10分)1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O22H2O4e=4OHC液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2由a
14、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Cu2e=Cu2【解析】选B。b环是因液滴吸收氧气构成的原电池反应形成，b处应是正极，发生还原反应：O22H2O4e=4OH，而a处铁被氧化而腐蚀，反应为Fe2e=Fe2，B正确，C错误；为保持电荷守恒，液滴中的Cl由b区向a区迁移，A错误；改用铜钉时，铁的金属活动性强于铜的，在两者构成的原电池中，铜是正极，铁是负极，D错误。2(双选)宝鸡被誉为“青铜器之乡”，出土了大盂鼎、毛公鼎、散氏盘等五万余件青铜器。研究青铜器(含Cu、Sn等)在潮湿环境中
15、发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图，下列说法不正确的是()A青铜器发生电化学腐蚀，图中c作负极，被氧化B负极发生的电极反应为O24e2H2O=4OHC环境中的Cl与正、负两极反应的产物作用生成a的离子方程式为2Cu23OHCl=Cu2(OH)3ClD若生成0.2 mol Cu2(OH)3Cl，则理论上消耗的O2体积为4.48 L【解析】选B、D。根据图知，氧气得电子生成氢氧根离子、Cu失电子生成铜离子，发生吸氧腐蚀，则图中c处铜作负极，被氧化，故A正确；氧气在正极得电子生成氢氧根离子是正极反应，电极反应式为O24e2H2O=4OH，故B错
16、误；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，负极上生成铜离子、正极上生成氢氧根离子，所以该离子反应为氯离子、铜离子和氢氧根离子反应生成Cu2(OH)3Cl沉淀，离子方程式为2Cu23OHCl=Cu2(OH)3Cl，故C正确；根据转移电子得n(O2)0.2 mol，未指明标准状态，无法计算体积，故D错误。二、非选择题(本题包括2小题，共20分)3(10分)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。该电化学腐蚀称为_。图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是_(填字母)。以锌为负极，采用牺牲阳极法防止铁闸的腐蚀，图
17、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)图示的各容器中均盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是_。(4)如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中，下列分析正确的是_(填字母)。A.K1闭合，铁棒上发生的反应为2H2e=H2BK1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高CK2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极法DK2闭合，电路中通过0.002 NA个电子时，两极共产生0.001 mol气体【解析】(1)金属在中性或较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。发生吸氧腐蚀，越靠近液面接触到的O2越多，腐蚀得越严重。
18、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。故本题中，铁腐蚀由快到慢的顺序为。(4)A项，K1闭合时，该装置构成了FeCNaCl溶液原电池，铁作负极，发生氧化反应，电极反应式是Fe2e=Fe2；B项，石墨棒作正极，发生的电极反应式是2H2OO24e=4OH，故石墨棒周围溶液pH逐渐升高；C项，K2闭合时，该装置构成了FeCNaCl外加电源的电解池，石墨棒作阳极，Fe作阴极而不被腐蚀，
19、该方法称为外加电流的阴极保护法；D项，K2闭合时，阳极的电极反应式是2Cl2e=Cl2，阴极的电极反应式是2H2e=H2，所以当电路中通过0.002 NA个即0.002 mol电子时，生成H2和Cl2的物质的量均为0.001 mol，则两极共产生0.002 mol气体。答案：(1)吸氧腐蚀BC(2)(3)(4)B4(10分)如图所示a为生铁，A烧杯中为酒精，B烧杯中为1 molL1的稀硫酸，C烧杯中为海水。(1)B中Pt极的电极反应式为_。(2)C中Cu极的电极反应式为_。(3)比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是_。(4)要使B中的铁难被腐蚀，可将B中的稀硫酸改为_(填一种物质即可)。【解析】B、C装置均形成原电池。(1)B中铁为负极，在酸性溶液中发生析氢腐蚀，Pt极为正极，电极反应式：2H2e=H2。(2)C中Cu极是正极，发生吸氧腐蚀，Cu极发生还原反应，电极反应式：2H2OO24e=4OH。(3)由于Fe与Pt的活动性差距比Fe与Cu大，B中反应速率快，而A中物质是酒精，铁不易被腐蚀，腐蚀速率由快到慢的顺序是BCA。(4)要使B中的铁难被腐蚀，可将B中的稀硫酸改为非电解质溶液，如酒精、苯、四氯化碳等。答案：(1)2H2e=H2(2)2H2OO24e=4OH(3)BCA(4)酒精(苯、四氯化碳等)