高二化学寒假作业同步练习题金属的电化学腐蚀含解析

金属的电化学腐蚀

一、金属的腐蚀

1．金属的腐蚀

（1）概念：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。

（2）根据与金属接触的气体或液体物质不同，金属腐蚀可分为两类：

①化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。

②电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。

2．钢铁的电化学腐蚀

根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀：

（1）析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有氢气放出。

①负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；

②正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；

③总反应方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。

（2）吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液呈中性或呈弱酸性并溶有一定量的氧气时，将会发生吸氧腐蚀。

①负极反应式为2Fe－4e－===2Fe2＋；

②正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－；

③总反应方程式为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。

铁锈(Fe2O3·xH2O)的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O。

【归纳总结】　

（1）化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大。

（2）析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。

（3）钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。

（4）金属腐蚀类型的判断方法

①发生原电池反应引起的腐蚀为电化学腐蚀，无原电池反应发生的腐蚀为化学腐蚀。

②金属活动性顺序表中氢前面的金属，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀，在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀；金属活动性顺序在氢后面的金属只可能发生吸氧腐蚀。

【知识串讲】金属的化学腐蚀和电化学腐蚀的比较

【特别提示】判断金属腐蚀的类型时，要综合考虑金属的纯度、金属的活动性及接触物质的性质。

二、金属的防护方法

1．电化学保护法

（1）牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理

如图所示，在被保护的钢闸门上装上若干金属锌块(比铁活泼)，锌块作原电池的负极；钢闸门作原电池的正极。

（2）外加电流的阴极保护法——电解原理

如图所示，被保护的钢闸门作阴极，与电源的负极相连；惰性电极作阳极，与电源的正极相连。

2．其他保护法

（1）加涂保护层：如采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法，使金属与空气、水等物质隔离，防止金属被氧化腐蚀。

（2）改变金属的内部结构：如把铬、镍等金属加入普通钢里制成耐腐蚀的不锈钢。

1．下列关于金属腐蚀的说法正确的是

A．金属在潮湿空气中腐蚀的实质是M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑

B．金属的化学腐蚀的实质是M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂

C．金属的化学腐蚀必须在酸性条件下进行

D．在潮湿的环境中，金属的电化学腐蚀一定是析氢腐蚀

【答案】B

【解析】金属腐蚀的实质是金属失去电子，在酸性较强的电解质溶液中发生析氢腐蚀放出H2，而在中性或酸性较弱的电解质溶液中发生吸氧腐蚀，析氢腐蚀和吸氧腐蚀均属于电化学腐蚀。

2．下列电极反应式与出现的环境相匹配的是

【答案】C

【解析】氢氧燃料的特点是，通入燃料的一极为负极，通入氧气的一极为正极，O2＋4H+＋4e-＝2H2O为酸性环境下正极的电极反应，负极电极反应为：H2－2e-＝2H+，A项错误；在强酸性环境下发生析氢腐蚀，中性或碱性环境下钢铁发生吸氧腐蚀，正极：O2＋2H2O＋4e-＝4OH-，负极：Fe－2e-=Fe2+，B项错误；用铜做电极电解硫酸铜溶液为电解精炼铜，阴阳极都是铜放电，阳极反应发生氧化反应，电极反应为：Cu－2e-＝Cu2+，C项正确；用惰性电极电解Na2SO4溶液属于电解水，阴极为阳离子放电，根据放电顺序，氢离子在阳极放电，电极反应为：2H+＋2e-＝H2↑，D项错误。

3．做罐头的马口铁是在铁的表面上镀上一层既耐腐蚀又无毒的锡，但食用时开启后的罐头易生锈，其所发生的反应正确的是

A．负极Sn﹣2e﹣=Sn2+ B．正极Fe﹣2e﹣=Fe2+

C．正极2H2O+O2﹣2e﹣=4OH﹣ D．负极Fe﹣2e﹣=Fe2+

【答案】D

【解析】做罐头的马口铁是在铁的表面上镀上一层既耐腐蚀有无毒的锡，但食用时开启后的罐头易生锈，根据题意和金属活泼性，得出负极为Fe，正极为Sn，负极电极反应为Fe－2e－=Fe2+，正极电极反应为2H2O+O2－4e－=4OH－，D项正确。答案选D。

4．研究金属桥墩腐蚀及防护是跨海建桥的重要课题。下列有关判断中正确的是

A．用装置①模拟研究时未见a上有气泡，说明铁没有被腐蚀

B．②中桥墩与外加电源正极连接能确保桥墩不被腐蚀

C．③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩

D．①②③中海水均是实现化学能转化为电能的电解质

【答案】C

【解析】装置①是吸氧腐蚀，a极是正极，氧气得电子生成氢氧根离子，即O2＋4e-＋2H2O＝4OH-，铁是负极，发生氧化反应生成亚铁离子，即Fe－2e-＝Fe2+，铁被腐蚀，A项错误；金属作电解池的阴极被保护，而钢铁桥墩与电源正极相连是阳极，失电子发生氧化反应，即Fe－2e-＝Fe2+，钢铁桥墩被腐蚀，B项错误；．锌比铁活泼，作负极，锌失电子，即Zn－2e-＝Zn2+，所以③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩，C项正确；海水是混合物，不是化合物，既不是电解质，也不是非电解质，D项错误。答案选C。

5．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。下列说法不正确的是

A．铁片腐蚀最严重区域不是生锈最多的区域

B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-

C．液滴下氧气含量少，铁片作负极，发生的还原反应为Fe-2e-=Fe2+

D．铁片腐蚀过程发生的总化学方程式为4Fe+6H2O+3O2=4Fe(OH)3

【答案】C

【解析】NaCl溶液滴到一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后在液滴覆盖的圆周中心区（a）被腐蚀变暗，实际上是发生了吸氧腐蚀，负极电极反应式为Fe-2e-=Fe2+（发生氧化反应），正极电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-（发生还原反应），在液滴外沿，由于发生反应Fe2++2OH-=Fe（OH）2、4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3形成了棕色铁锈环（b）。

【详解】铁片做负极，腐蚀最严重，但生锈最多的区域在正极，A项正确；由分析可知，液滴边缘是正极区，发生的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，B项正确；液滴下氧气含量少，铁片作负极，发生的氧化反应为Fe-2e-=Fe2+，C项错误；由分析可知，铁片腐蚀过程发生的总化学方程式为4Fe+6H2O+3O2=4Fe(OH)3，D项正确。答案选C。

6．为了减缓地下钢管的腐蚀，下列措施可行的是

A．钢管与镁块相连 B．钢管与铜板相连

C．钢管与铅板相连 D．钢管与直流电源正极相连

【答案】A

【解析】由于金属活动性Mg>Fe，所以钢管与镁块相连，构成原电池时，钢管为正极，Fe被保护，首先腐蚀的是镁，A项正确；由于金属活动性Fe>Cu，所以钢管与铜板相连，构成原电池时，钢管为负极，发生氧化反应，导致腐蚀加快，B项错误；金属活动性Fe>Pb，所以钢管与铅板相连构成原电池时，钢管为负极，发生氧化反应，导致腐蚀加快，C项错误；钢管与直流电源正极相连，作阳极，失去电子，发生氧化反应，腐蚀速率大大加快，D项错误。答案选A。

7．某校活动小组为探究金属腐蚀的相关原理，设计了如下图a所示装置，图a的铁棒末段分别连上一块Zn片和Cu片，并静置于含有K3[Fe(CN)6]及酚酞的混合凝胶上。一段时间后发现凝胶的某些区域(如图b所示)发生了变化。已知：3Fe2+＋2[Fe(CN)6]3－=Fe3[Fe(CN)6]2↓。则下列说法错误的是

A．甲区发生还原反应 B．乙区产生Zn2+

C．丙区呈现红色 D．丁区呈现黄色

【答案】D

【解析】铁棒末段分别联上一块锌片和铜片，并静置于含有K3Fe(CN)6及酚酞的混合凝胶上，则形成原电池装置，实质发生吸氧腐蚀，活泼金属为负极，根据电极反应式来判断各个电极的变化情况。

【详解】甲区为正极，氧气得到电子发生还原反应，正极的电极反应：O2＋2H2O＋4e-＝4OH-，A项正确；乙区为负极，Zn失去电子，发生氧化反应产生Zn2+，B项正确；丙区为正极，正极的电极反应：O2＋2H2O＋4e-＝4OH-，生成的OH-能使附近溶液显碱性，酚酞试液变为红色，所以丙区呈红色，C项正确；丁区为负极，发生电极反应：2Fe－4e-＝2Fe2+，生成Fe2+与K3Fe(CN)6作用呈蓝色，D项错误。答案选D。

8．下列有关说法正确的是

A．新制氯水光照时会释放出氧气

B．室温下，铝和浓硫酸不发生反应

C．过量铁粉在氯气中加热生成FeCl2

D．如图装置可以验证铁发生了析氢腐蚀

【答案】A

【解析】新制氯水光照时，2HClO2HCl＋O2↑，因此会释放出氧气，A项正确；室温下，铝和浓硫酸发生钝化反应，B项错误；无论铁过量还是少量，铁粉在氯气中加热生成FeCl3，C项错误；该装置是中性环境，因此该装置验证铁发生了吸氧腐蚀，右边中导管形成一段水柱，D项错误。答案选A。

9．下图是某研究性学习小组探究金属腐蚀条件的实验装置示意图，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)。

【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

【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。

10．某研究小组对铁生锈进行研究。

（1）甲同学设计了A、B、C一组实验(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。

①通过上述实验现象分析，可得出铁生锈的外部条件是__________。

②由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于_____，正极电极反应式为________。

③实验B所用的水要经过_______处理；植物油的作用是__________。

④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。

（3）丙同学为了防止铁钉生锈，想在铁钉表面镀上一层金属，该金属最好是______。

A．锡         B．铜         C．锌

【答案】（1）①有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)    ②吸氧腐蚀    O2＋4e-＋2H2O===4OH-    ③煮沸(或除去氧气)    隔绝空气(或防止氧气与铁接触)    ④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O2，使试管内气体压强减小    不能   

（3）C   

【解析】铁在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀，隔绝空气或在干燥的空气中难以形成原电池反应。

【详解】（1）①对比A和B可知铁生锈需要有氧气(或空气)，对比A和C可知铁生锈需要有水(或电解质溶液)；

②水为中性环境，铁发生吸氧腐蚀，正极为氧气得电子生成氢氧根的反应，电极反应式为O2＋4e-＋2H2O===4OH-；

③为保证变量唯一，实验B中的水需要煮沸除去氧气；植物油可以隔绝空气，防止氧气与铁接触；

④碱石灰可以吸收水蒸气，保证试管内干燥环境；

（2）铁生锈会消耗氧气，这样会使试管内压强低于大气压，所以液面上升的原因是铁钉生锈消耗了试管内的氧气，使试管内压强低于大气压，不能证明水对铁钉生锈产生影响；

（3）铁钉表面镀的金属应比铁活泼，这样发生电化学腐蚀时，铁作正极才能被保护，答案选C。

1．盐酸的浓度均为1mol/L，下列各烧杯中，铁电极的腐蚀速率由慢到快的顺序为

A．④③②① B．④②③① C．②④③① D．①④②③

【答案】B

【解析】①为电解池，电解池阳极连接原电池正极，则铁为阳极，铜作阴极，铁被腐蚀；②中两个电极相同，不能构成原电池，为盐酸与铁的化学腐蚀；③为原电池，铁比铅活泼，铁作负极，铅作正极，铁被腐蚀；④为原电池，锌比铁活泼，锌作负极，铁作正极，锌被腐蚀，铁被保护，若盐酸足量，当锌完全腐蚀后，铁发生化学腐蚀；根据电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护腐蚀措施的腐蚀，并且原电池的正极金属腐蚀速率快于电解池的阴极金属腐蚀速率，则铁电极的腐蚀速率由慢到快的顺序为④②③①。答案选B。

2．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）。

下列说法不正确的是

A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe

B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化

C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法

D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼

【答案】D

【解析】对比②③，②Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]无明显变化，②Fe附近的溶液中不含Fe2+，③Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]产生蓝色沉淀，③Fe附近的溶液中含Fe2+，②中Fe被保护，A项正确；①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀，Fe表面产生了Fe2+，对比①②的异同，①可能是K3[Fe(CN)6]将Fe氧化成Fe2+，B项正确；对比①②，①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀，①也能检验出Fe2+，不能用①的方法验证Zn保护Fe，C项正确；由实验可知K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2+，将Zn换成Cu不能用①的方法证明Fe比Cu活泼，D项错误。答案选D。

【点睛】本题通过实验验证牺牲阳极的阴极保护法，考查Fe2+的检验、实验方案的对比，解决本题的关键是用对比分析法。要注意操作条件的变化，如①中没有取溶液，②中取出溶液，考虑Fe对实验结果的影响。要证明Fe比Cu活泼，可用②的方法。

3．将经酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡后放入如图所示装置中，下列叙述正确的是

A．过一段时间，Ⅱ试管中的导管内水柱上升

B．Ⅰ试管中铁钉由于发生电解反应而被腐蚀

C．铁钉在该装置中被腐蚀的情况随时间的延长而加快

D．Ⅰ试管中铁钉发生反应的一个电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑

【答案】A

【解析】生铁遇到氯化钠溶液发生吸氧腐蚀，导致试管中气体压强减小，小于大气压，所以试管中的导管内水柱上升，A项正确；试管中铁钉发生的是原电池反应，而不是电解反应，B项错误；铁钉在该装置中发生吸氧腐蚀，随着氧气量的减少，则被腐蚀的情况随时间的延长而减慢，C项错误；试管中铁钉发生反应电极反应式分别为：负极2Fe－4e-＝2Fe2+；正极O2＋2H2O＋4e-＝4OH-，D项错误。答案选A。

4．研究生铁的锈蚀，下列分析不正确的是

A．①中，NaCl溶液中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀

B．②中，生铁片未明显锈蚀的原因之一是缺少H2O

C．③中正极反应：O2＋4e−＋2H2O＝4OH−

D．对比①②③，说明苯能隔绝O2

【答案】D

【解析】根据实验现象，③中1小时观察到明显锈蚀，说明NaCl溶液中溶解有O2，只是苯不能隔绝空气中的氧气进入氯化钠溶液，而①中由于是密闭体系，溶解的O2较少，不足以使生铁片明显锈蚀，A项正确；苯属于非电解质，②中无电解质溶液，不满足电化学腐蚀的条件，B项正确；根据现象，铁在中性环境下发生吸氧腐蚀，正极反应：O2＋4e−＋2H2O＝4OH−，电极反应式合理，C项正确；根据现象，③中发生吸氧腐蚀，①③溶液中均溶解由氧气，③中观察到明显锈蚀，说明苯不能隔绝O2，D项错误。

5．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)下图所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2H＋＋2e－===H2↑

B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高

C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法

D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001 mol气体

【答案】　(1)①吸氧腐蚀　②B　③C

(2)　(3)④>②>①>③　(4)B

【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。故本题中，铁腐蚀由快到慢的顺序为④>②>①>③。(4)A项，K1闭合时，该装置构成了Fe－C－NaCl溶液原电池，铁作负极，发生氧化反应，电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋；B项，石墨棒作正极，发生的电极反应式是2H2O＋O2＋4e－===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Fe－C－外加电源的电解池，石墨棒作阳极，Fe作阴极而不被腐蚀，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2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极的电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，所以当电路中通过0.002NA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。