化学选修4 化学反应原理第四章 电化学基础第四节 金属的电化学腐蚀与防护课后测评

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[基础·初探]
教材整理1 金属的腐蚀
教材整理2 钢铁的电化学腐蚀
1．金属腐蚀类型的判断方法
(1)根据是否发生原电池反应来判断。
发生原电池反应引起的金属腐蚀，属于电化学腐蚀，否则属于化学腐蚀。
(2)根据金属的活动性及电解质溶液的酸性判断，位于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。
2．影响钢铁腐蚀的因素
水、空气、电解质溶液、不活泼金属杂质的存在。
[基础·初探]
教材整理1 金属的电化学防护
1．牺牲阳极的阴极保护法
应用原电池原理，让被保护金属做正极，一种活泼性较强的金属做负极，用导线相连。
2．外加电流的阴极保护法
利用电解原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极。在电解质溶液里，接外加直流电源。
教材整理2 金属的其他保护方法
1．把金属制成防腐的合金，如不锈钢。
2．加保护层。如喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化。
1．金属腐蚀快慢比较
(1)在同一电解质溶液中：电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
(2)同一种金属在相同浓度不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
(3)有无保护措施的腐蚀快慢顺序：无保护措施的金属腐蚀>有一定保护措施的金属腐蚀>牺牲阳极的阴极保护法引起的金属腐蚀>有外加电流的阴极保护法引起的金属腐蚀。
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。
2．金属的防护措施与方法
3．金属防护的关键
(1)防止金属与氧化性介质直接接触。
(2)防止金属表面形成电解质溶液层。
(3)改善金属的内部结构。
[题组·冲关]
题组1 金属的电化学腐蚀
1．钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是( )
A．2H＋＋2e－===H2↑ B．Fe2＋＋2e－===Fe C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－ D．Fe3＋＋e－===Fe2＋
2．如图为模拟铁生锈的实验。铁粉中均匀混有少量炭粉，撒入内壁已分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的甲、乙两个具支试管中，打开止水夹片刻后，下列有关该实验的说法合理的是( )
A．甲装置导管口有气泡，乙装置导管内出现一段液柱
B．甲装置中发生的电化学腐蚀主要是析氢腐蚀
C．乙装置中发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
D．乙装置导管口有气泡冒出
3.如图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：
(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于__________腐蚀(填“化学”或“电化学”)。
(2)若试管内液面上升，则原溶液呈__________性，发生____________腐蚀，电极反应式：负极：____________________；正极：__________________。
(3)若试管内液面下降，则原溶液呈__________性，发生____________腐蚀，电极反应为：负极_____________________；正极：________________。
4．研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。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↑
5．用压强传感器探究生铁在pH＝2和pH＝4的醋酸溶液中发生腐蚀的装置及得到的图像如下：

eq \a\vs4\al(pH＝2时锥形瓶中气,体压强变化的曲线图) eq \a\vs4\al(pH＝4时锥形瓶中气,体压强变化的曲线图)
分析图像，以下结论错误的是( )
A．溶液pH≤2时，生铁发生析氢腐蚀
B．在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀
C．析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率一样快
D．两溶液中负极反应均为：Fe－2e－===Fe2＋
题组2 金属的电化学防护
6．下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是( )
A．水中的钢闸门连接电源的负极 B．金属护栏表面涂漆
C．汽车底盘喷涂高分子膜 D．地下钢管连接镁块
7．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
8．下图所示的各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是( )
A．④＞②＞①＞③ B．②＞①＞③＞④
C．④＞②＞③＞①D．③＞②＞④＞①
9．某探究小组用铁钉被腐蚀的快慢实验来研究防止钢铁腐蚀的方法。所用试剂有：材质相同的无锈铁钉数枚，食盐水、碳酸水、植物油各多量，实验温度为298 K、308 K，每次实验取用铁钉的数量相同。液体体积相同且足量，用大小相同的试管实验。
(1)请完成以下实验设计表，并在实验目的一栏中填出对应的实验编号：
(2)请根据上述实验，判断下列有关钢铁制品防腐的说法正确的是________(填字母)。
A．在铁门、铁窗表面涂上油漆
B．自行车各部件因有防护涂层或电镀等防腐措施，所以不需要停放在能遮雨的地方
C．家用铁制厨具每次用完后应擦干放置在干燥处
D．把挡水铁闸门与直流电源的正极连接且构成回路，可减小铁闸门的腐蚀速率
学业分层测评
[学业达标]
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
2．以下现象与电化学腐蚀无关的是( )
A．镀锡铁器比镀锌铁器表面破损时更易被腐蚀
B．纯铁不容易生锈
C．镶有相邻的银牙和金牙容易引起头痛
D．输送氯气的钢管易被氯气腐蚀
3．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理，设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是( )
A．正极的电极反应方程式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成
C．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈
D．断开连接石墨和铁的导线，铁便不会生锈
4．如图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化氢溶液，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．两试管中负极电极反应相同
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
5．下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀( )
6．为保护地下钢管不受腐蚀，下列属于牺牲阳极的阴极保护法的是( )
A．与石墨棒相连 B．与铜板相连
C．埋在潮湿、疏松的土壤中 D．与锌板相连
7．下列关于牺牲阳极的阴极保护法的叙述正确的是( )
A．正极就是阳极 B．负极就是阴极
C．阳极上发生氧化反应 D．正极上发生氧化反应
8．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
9．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是( )
图1 图2 图3 图4
A．图1中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图2中，插入溶液中的铁棒容易溶解，主要是发生电化学腐蚀
C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀
D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极
10．市场上出售的“热敷袋”，其主要成分是铁屑、炭粉、木屑与少量氯化钠、水等。它在使用之前需使塑料袋与空气隔绝。使用时启开塑料袋上的小孔，轻轻揉搓就会发出热量来。当使用完后还会发现有铁锈(Fe2O3的结晶水合物)生成，依上述现象回答：
(1)“热敷袋”放出的热量是利用铁发生了________反应放出热量。
(2)炭粉的主要作用是__________________________________________。
(3)加入氯化钠的作用是________________________________________。
(4)有关的电极反应式：正极________，负极________。
11.如图所示，甲、乙两试管中各放一枚铁钉，甲试管为NaCl溶液，乙试管为NH4Cl溶液，数天后观察到的现象是__________________________，甲中正极反应式为________________________，乙中正极反应式为______________________，试管中残留气体的平均相对分子质量的变化为：
甲________，乙________。
甲 乙
12．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________________________________。
13．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
14．我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。 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．腐蚀过程中，负极是c
B．正极反应是O2 ＋ 4e－＋2H2O===4OH－
C．若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为0.224 L(标准状况)
D．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2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2 (OH)3Cl↓
15．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＋
16．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、易行的方法：
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热，持续3 min左右，观察到的实验现象为：①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；②直形管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；③烧杯中潮湿的铁丝依然光亮。
试回答以下问题：
(1)由于与接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于________。能表示其原理的电极反应式为_____________________________________________________。
(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________。
金 属 的 电 化 学 腐 蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与接触到的物质直接反应
不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应
本质
M－ne－===Mn＋
现象
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
区别
无电流产生
有微弱电流产生
联系
普遍性：电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，危害也更严重
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜环境
水膜呈酸性
水膜呈弱酸性或中性
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
2Fe－4e－===2Fe2＋
正极反应
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应
Fe＋2H＋=== Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
联系
吸氧腐蚀更普遍
金 属 的 电 化 学 防 护
实验编号
T/K
试管内取用液体
实验目的
①
298
食盐水
(Ⅰ)实验①和②探究不同电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响；
(Ⅱ)实验①和________探究温度对铁钉腐蚀快慢的影响；
②
③
(Ⅲ)实验①和________探究铁钉是否接触电解质溶液对铁钉腐蚀快慢的影响
④