鲁科版 (2019)选择性必修1第4节 金属的腐蚀与防护精品课后作业题

第1章化学反应与能量转化

第4节　金属的腐蚀与防护

课后篇素养形成

必备知识基础练

1.下列关于金属腐蚀的叙述正确的是(　　)

A.金属被腐蚀的本质是M+nH2OM(OH)n+H2↑

B.马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时,首先是镀层被氧化

C.金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀

D.常温下,置于空气中的金属主要发生化学腐蚀

答案C

解析金属腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀,其本质为M-ne-Mn+,A错误;镀锡铁镀层破损后Sn、Fe构成原电池,铁先被腐蚀,主要发生反应Fe-2e-Fe2+,B错误;常温下,置于空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀,难以和非金属单质等反应发生化学腐蚀,C项正确,D项错误。

2.江西海昏侯墓是目前我国发现的面积最大、保存最好、内涵最丰富的汉代列侯等级墓葬,里面发现有大量青铜制品,为了避免青铜器生成铜绿,以下方法正确的是(　　)

①将青铜器放在银质托盘上　②将青铜器保存在干燥的环境中　③将青铜器保存在潮湿的空气中

④在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜

A.①③ B.②③ C.②④ D.①④

答案C

解析Cu比Ag活泼,将青铜器放在银质托盘上更易受腐蚀,①错;将其保存在干燥的环境中避免与空气中的水蒸气接触,可减少腐蚀,②正确,③错误;覆盖防渗的高分子膜也可以隔绝潮湿空气,④正确。

3.如图装置中,小试管内为红墨水,具支试管内盛有pH=4的雨水和生铁片。观察到:开始时导管内液面下降,一段时间后导管内液面回升,略高于小试管液面。以下有关解释合理的是(　　)

A.生铁片中的碳是原电池的负极,发生还原反应

B.雨水酸性较强,生铁片仅发生析氢腐蚀

C.墨水回升时,碳极反应为O2+2H2O+4e-4OH-

D.具支试管中溶液pH逐渐减小

答案C

解析发生原电池反应时,生铁片中的碳是原电池的正极,A错误;雨水酸性较强,开始时铁片发生析氢腐蚀,产生氢气,导管内液面下降,一段时间后铁片发生吸氧腐蚀,吸收氧气,导管内液面上升,B错误;导管内液面上升时,铁片发生吸氧腐蚀,碳为正极,正极电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,C正确;铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀,具支试管内溶液pH均增大,D错误。

4.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,开关与M断开而连接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

答案B

解析图a中,液面处氧气的浓度大且与海水接触,故在液面处铁棒腐蚀最严重,A错误;图b中,开关与M断开而连接N时,由于Zn比Cu活泼,Cu-Zn合金的腐蚀速率减小,B正确;图c中,接通开关后,形成原电池,Zn腐蚀速率增大,H+在Pt电极上放电产生H2,C错误;图d中,干电池自放电腐蚀是由NH4Cl产生的H+得电子引起的,D错误。

5.为了探究金属腐蚀的条件和快慢,某课外学习小组用不同的细金属丝将三根大小相同的普通铁钉分别固定在下图所示的三个装置内,并将这些装置在相同的环境中放置相同的一段时间。下列对实验结果的描述不正确的是(　　)

A.实验结束时,装置Ⅰ左侧的液面一定会下降

B.实验结束时,装置Ⅰ一定比装置Ⅱ左侧的液面低

C.实验结束时,铁钉b腐蚀最严重

D.实验结束时,铁钉c几乎没有被腐蚀

答案B

解析装置Ⅰ中铁钉a处于盐酸挥发出的HCl气体中,被腐蚀而释放出H2,使左侧液面下降右侧液面上升;装置Ⅱ中铁钉b同样处于盐酸挥发出的HCl气体中,所不同的是悬挂铁钉的金属丝是铜丝,由于Fe比Cu活泼,在这种氛围中构成的原电池会加速铁钉的腐蚀,相同时间内会放出更多的H2,使左侧液面下降更多,右侧液面上升更多;装置Ⅲ中虽然悬挂铁钉的还是铜丝,但由于浓硫酸有吸水性而无挥发性,使铁钉c处于较为干燥的空气中,因而在短时间内几乎没有被腐蚀。

6.在下列各种情况下,埋在地下的输油铸铁管道的腐蚀速率最慢的是(　　)

A.在潮湿疏松的酸性土壤中

B.在潮湿疏松透气的土壤中

C.在干燥致密不透气的土壤中

D.在含碳较多、潮湿透气的土壤中

答案C

解析在潮湿疏松的酸性土壤中易发生析氢腐蚀,在潮湿疏松透气的土壤中易发生吸氧腐蚀,在含碳较多、潮湿透气的土壤中易发生电化学腐蚀,故A、B、D项都加快了铸铁管道的腐蚀速率。

7.化学与工农业生产、人们日常生活密不可分。以下现象或应用中,与电化学腐蚀无关的是(　　)

A.图中的金属材料R可以用金属锌

B.生铁比软铁芯(几乎是纯铁)容易生铁锈

C.铁质器件附有铜质配件,在接触处易生铁锈

D.金属铝制品较耐腐蚀

答案D

解析锌、铁与水构成原电池,锌的活动性强于铁的,故锌作为负极保护铁闸门,与电化学腐蚀有关。生铁中含有杂质碳等,可构成原电池,碳为正极,铁为负极,铁易生锈,与电化学腐蚀有关。铁和铜也可构成原电池,铁的活泼性强于铜,铁为负极,易生锈,与电化学腐蚀有关。金属铝活泼性强,可与氧气反应在其表面生成一层致密的氧化膜,从而保护内部金属不被腐蚀,与电化学腐蚀无关。

潮湿的碱性土壤

8.埋在地下的钢管道可以用如图所示方法进行保护。下列说法正确的是(　　)

A.该方法利用了电解池原理

B.该方法称为“外加电流阴极保护法”

C.在此装置中钢管道作为正极

D.镁块上发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-

答案C

解析由图可知,钢管道防腐采取的措施是将钢管道与镁块相连,则该方法称为牺牲阳极保护法,是利用原电池原理,A、B均错误;Mg的活泼性强于Fe,该装置中钢管作为正极,潮湿的土壤呈碱性,正极电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,C正确;镁块作为负极,失电子被氧化生成Mg2+,电极反应为Mg+2OH--2e-Mg(OH)2,D错误。

9.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,设计了如下图所示的快速、易行的方法:

首先检查制取氧气的装置的气密性,然后按上图连接好装置,点燃酒精灯给药品加热,持续加热3 min左右后,观察到的实验现象为:①直形管B中干燥的团状铁丝表面依然光亮,没有发生锈蚀;②直形管B中潮湿的团状铁丝表面颜色变得灰暗,发生锈蚀;③烧杯中潮湿的团状铁丝表面依然光亮。试回答下列问题:

(1)由于与金属接触的介质不同,金属腐蚀分成不同的类型,本实验中铁生锈属于　　　　　　　　　　(填“化学腐蚀”或“电化学腐蚀”)。能表示其原理的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(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,铁生锈的条件为　　　　　　　　　　　。决定铁生锈快慢的一个重要因素是　　　　　　　　　　。 

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CaCl2)　干燥O2　(3)与O2和水接触　氧气的浓度

解析(1)根据题中环境可知铁的腐蚀属于电化学腐蚀。该过程中负极电极反应为2Fe-4e-2Fe2+,正极电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-。

(2)仪器A是球形干燥管,其中的药品干燥剂可以是碱石灰或无水CaCl2,作用是干燥O2。

(3)根据实验可知,铁生锈的条件是必须与O2和水接触;且铁生锈的快慢取决于氧气浓度的大小。

关键能力提升练

10.炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含NaCl),不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑。腐蚀原理如图所示,下列说法正确的是              (　　)

A.腐蚀过程中,负极是C

B.Fe失去电子经电解质溶液转移给C

C.正极的电极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑

D.C是正极,O2在C表面上发生还原反应

答案D

解析铁锅中含有的Fe、C和电解质溶液构成原电池,活泼金属铁作为负极,A项错误;原电池中电子由负极Fe经外电路向正极C流动,在电解质溶液中依靠离子的移动导电,B项错误;该原电池中,C是正极,正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,C项错误;C是正极,O2在C表面上发生还原反应,D项正确。

11.(双选)(2021福建莆田一中高二期末)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是{已知Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色Fe3[Fe(CN)6]2沉淀}(　　)

A.图1中,铁钉易被腐蚀

B.图2中,滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液,有蓝色沉淀出现

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

答案BC

解析图1中,铁钉处于干燥环境,不易被腐蚀,A项错误;图2中,负极反应为Fe-2e-Fe2+,Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应生成Fe3[Fe(CN)6]2蓝色沉淀,B项正确;图3中,铁在高温下与O2反应,属于化学腐蚀,C项正确;图4中为牺牲阳极保护法,镁块相当于原电池的负极,D项错误。

12.某同学进行下列实验{已知Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色Fe3[Fe(CN)6]2沉淀}:

下列说法不合理的是(　　)

A.生铁片发生吸氧腐蚀

B.中心区的电极反应为Fe-2e-Fe2+

C.边缘处的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-

D.交界处发生的反应为4Fe2++O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+

答案D

解析生铁片边缘处为红色,说明生成了OH-,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,生铁片发生吸氧腐蚀,故A、C两项合理;根据实验现象,中心区域为蓝色,说明生成了Fe2+,电极反应为Fe-2e-Fe2+,故B项合理;在两色环交界处出现铁锈,是因为生成的氢氧化亚铁被氧气氧化生成了氢氧化铁,故D项不合理。

13.一定条件下,碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下,下列说法不正确的是(　　)

A.在pH>14的溶液中,碳钢腐蚀的正极反应为O2+4H++4e-2H2O

B.在pH<4的溶液中,碳钢主要发生析氢腐蚀

C.在pH>6的溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀

D.在煮沸除氧气的碱性溶液中,碳钢腐蚀速率会减缓

答案A

解析pH>14的溶液为碱性,正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,故A项错误;pH<4的溶液为酸性溶液,碳钢主要发生析氢腐蚀,正极反应为2H++2e-H2↑,故B项正确;pH>6的溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀,正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,故C项正确;在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀,煮沸除氧气后,腐蚀速率会减慢,故D项正确。

14.(双选)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.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因发生氧化反应而被腐蚀,生成的Fe2+由(a)区向(b)区迁移,与(b)区的OH-结合形成Fe(OH)2,Fe(OH)2进一步氧化、脱水可形成铁锈

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+

答案BC

解析液滴边缘O2多,在碳粒上发生正极反应:O2+2H2O+4e-4OH-。液滴下的Fe发生负极反应:Fe-2e-Fe2+,腐蚀区(a)是负极区,Cl-由(b)区向(a)区迁移,A错误、B正确;液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀,C正确;铁板和铜螺丝接触形成原电池时,Cu作为正极,正极电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,D错误。

15.在海港码头常用外加电流阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　)

A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零

B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩

C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流

D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整

答案C

解析钢管桩接电源的负极,高硅铸铁接电源的正极,通电后,外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向电源正极,从电源负极流向钢管桩(阴极),A、B正确;C项,题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”而不损耗,错误。

16.某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件{已知Fe2+遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀}。

下列说法不合理的是(　　)

A.①区Cu电极上产生气泡,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液后出现蓝色沉淀,Fe被腐蚀

B.②区Cu电极附近滴加酚酞后变成红色,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀,Fe被腐蚀

C.③区Zn电极的电极反应为Zn-2e-Zn2+,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液未出现蓝色沉淀,Fe被保护

D.④区Zn电极的电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀,Fe被腐蚀

答案A

解析①区发生吸氧腐蚀,Cu为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,Cu电极上不产生气泡,A项错误;②区Cu为阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,Cu电极附近溶液碱性增强,滴加酚酞后变成红色,Fe为阳极,被腐蚀,电极反应为Fe-2e-Fe2+,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀,B项正确;③区Zn为负极,电极反应为Zn-2e-Zn2+,Fe为正极,被保护,C项正确,④区Zn为阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,Fe为阳极,被腐蚀,电极反应为Fe-2e-Fe2+,Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色沉淀,D项正确。

17.铁是用途最广的金属材料之一,但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。

(1)①某原电池装置如上图所示,右侧烧杯中的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　,左侧烧杯中的c(Cl-)　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 

②已知下列甲、乙两装置的总反应均为Fe+H2SO4FeSO4+H2↑,且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。请在两池上标出电极材料(填“Fe”或“石墨”)。

(2)下列丙图反应过程中,易生锈的是　　　　(填“a”或“b”)点。丁图所示实验过程中可观察到的实验现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

答案(1)①2H++2e-H2↑　增大　②甲池中:左——Fe,右——C　乙池中:左——Fe,右——C

(2)a　生铁屑表面生成红棕色锈斑,试管内液面上升

解析(1)①原电池反应中Fe作为负极,石墨棒作为正极,右侧电极反应为2H++2e-H2↑。由于平衡电荷的需要,盐桥中的Cl-向负极迁移,故NaCl溶液中c(Cl-)增大。②装置乙是电解装置,阴极(右侧)产生H2,同时根据总反应可知Fe只能作为阳极(左侧)。由已知条件知,在装置甲中,Fe作为原电池的负极,在左侧,C作原电池的正极,在右侧。

(2)丙图实验过程中由于a点既与电解质溶液接触,又与空气接触,故a点易生锈。丁图所示实验过程中铁屑发生吸氧腐蚀,负极反应:Fe-2e-Fe2+,正极反应:O2+4e-+2H2O4OH-,生成的离子继续发生反应:Fe2++2OH-Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O,由整个反应来看,最终铁屑表面会生成红棕色的铁锈,由于反应消耗氧气,因此试管内液面上升。

学科素养拔高练

18.因钢铁的腐蚀,每年都会造成巨大的经济损失,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:

续　表　　

回答以下问题:

(1)上述实验中发生了明显电化学腐蚀的是(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)。 

答案(1)3、4、5、6　2Fe-4e-2Fe2+　O2+2H2O+4e-4OH-

(2)湿度、温度、O2的浓度、电解质溶液

(3)在表面涂上油漆、搪瓷、沥青等或镀上不易生锈的合金或利用牺牲阳极保护法、外加电流阴极保护法等(答出其中两种即可)

解析本题考查了金属腐蚀的条件,解答此类题目的关键是根据金属腐蚀的原理、分类和条件对题目进行综合分析。对比几个实验可得结论,金属腐蚀受湿度、温度、O2的浓度、电解质溶液的影响。电镀、发蓝等表面覆盖保护层、制成不锈钢、牺牲阳极保护法、外加电流保护法等都可以保护金属。