人教版 (2019)选择性必修1第三节 金属的腐蚀与防护精品一课一练

第三节　金属的腐蚀与防护

课后·训练提升

基础巩固

1.铁锅表面覆盖有下列物质时,锈蚀最快的是(　　)。

A.水 

B.食盐水

C.食用油 

D.酒精

答案:B

解析:当形成电化学腐蚀,且铁作原电池的负极材料时,表面覆盖的溶液导电性越强,锈蚀越快。食用油和酒精不能导电,不能形成原电池反应,而水的导电性没有食盐水强,所以锈蚀最快的是食盐水,故选B。

2.下列叙述不正确的是(　　)。

A.锌与稀硫酸反应制取氢气,加入少量的硫酸铜能增大反应速率

B.镀层破损后,白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更易被腐蚀

C.钢铁表面常易被锈蚀生成Fe2O3·nH2O

D.钢铁在发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀时,完全相同的反应是负极反应

答案:B

解析:锌与CuSO4发生置换反应后,铜附着在锌的表面上,浸泡在稀硫酸中形成锌铜原电池,负极锌被氧化而加速反应,A项正确;镀锌的铁构成原电池时锌为负极,铁为正极,铁被保护,镀锡的铁构成原电池时铁作负极,锡作正极,加速了铁的腐蚀,B项不正确;钢铁的锈蚀主要是吸氧腐蚀,负极(Fe)反应为Fe-2e-Fe2+,正极(C)反应为2H2O+O2+4e-4OH-,形成Fe(OH)2,在空气中4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,久置后2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O,所以铁锈的成分是Fe2O3·nH2O,C项正确;钢铁在发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀时,负极反应相同,都是Fe-2e-Fe2+,但正极反应不同,分别是析出氢气和吸收氧气,D项正确。

3.下列说法中,不正确的是(　　)。

A.钢铁表面水膜的酸性很弱或呈中性,发生吸氧腐蚀

B.钢铁表面水膜的酸性较强,发生析氢腐蚀

C.将锌板换成铜板对钢闸门保护效果更好

D.钢闸门作为阴极而受到保护

答案:C

解析:当钢铁表面的水膜酸性很弱或显中性时,铁在负极放电,氧气在正极上放电,发生的是钢铁的吸氧腐蚀,A项正确;当钢铁表面的水膜酸性较强时,铁在负极放电,水膜中的氢离子在正极放电生成氢气,发生的是析氢腐蚀,B项正确;在原电池中,正极被保护,当将锌板换成铜板后,铜作正极被保护,钢闸门作负极被腐蚀,起不到对钢闸门的保护作用,C项错误;在电解池中,阴极被保护,故要保护钢闸门,就要使钢闸门作电解池的阴极,D项正确。

4.下列与金属腐蚀有关的说法中正确的是(　　)。

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,往烧杯中滴加几滴KSCN溶液,溶液变红色

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:C

解析:插入海水中的铁棒,除发生化学腐蚀外,靠近液面的地方还会发生电化学腐蚀,越靠近液面腐蚀越严重,A项错误;图2中Fe作负极,失电子,生成Fe2+,滴加几滴KSCN溶液,溶液不变红色,B项错误;高温下铁发生氧化反应,发生化学腐蚀,C项正确;镁块相当于原电池的负极,失电子,从而保护地下钢铁管道,D项错误。

5.如图用来研究钢铁制品的腐蚀,装置的气密性良好,且开始时U形管两端的红墨水液面相平。一段时间后能观察到铁钉生锈。下列说法不正确的是(　　)。

A.铁钉表面发生的反应为Fe-3e-Fe3+

B.若液体a为稀醋酸,则U形管液面左低右高

C.若液体a为食盐水,则U形管液面左高右低

D.若液体a为食用油,则铁钉生锈较慢

答案:A

解析:铁钉发生电化学腐蚀时,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,A项错误;若液体a为稀醋酸,则试管内发生析氢腐蚀,试管内压强增大,故U形管液面左低右高,B项正确;若液体a为食盐水,试管内发生吸氧腐蚀,压强减小,故U形管液面左高右低,C项正确;若液体a为食用油,则不能形成原电池,铁钉生锈较慢,D项正确。

6.为延长舰船服役寿命可采用的电化学防腐的方法有①舰体与直流电源相连;②舰体上镶嵌某种金属块。下列有关说法正确的是(　　)。

A.方法①中舰体应连电源的正极

B.方法②中镶嵌的金属块可以是锌

C.方法①为牺牲阳极法

D.方法②为外加电流法

答案:B

解析:舰体是由钢板做的,方法①舰体若与电源相连,必须与电源负极相连,A项错误;方法②舰体镶嵌的一些金属块,必须是比铁活泼的金属,如锌等,B项正确;方法②舰体镶嵌一些金属块,这种方法叫牺牲阳极法,C项错误;方法①舰体与电源相连,这种方法叫外加电流法,D项错误。

7.如图表示的是钢铁在海水中的锈蚀过程,以下有关说法正确的是(　　)。

A.该金属腐蚀过程为析氢腐蚀

B.正极为C,发生的反应为氧化反应

C.在酸性条件下发生的是吸氧腐蚀

D.正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-

答案:D

解析:钢铁中含有铁和碳,在潮湿的环境中构成原电池,铁作负极,碳作正极。从图中看出,氧气参与反应,应该是发生了吸氧腐蚀,A项错误;碳作正极,发生的反应为还原反应,B项错误;在酸性环境下发生的是析氢腐蚀,C项错误;吸氧腐蚀时,氧气在正极发生得电子的还原反应:O2+2H2O+4e-4OH-,D项正确。

8.埋在地下的钢管道可以用如图所示方法进行电化学保护。下列说法正确的是(　　)。

A.该方法将电能转化成化学能

B.在此装置中钢管道作正极

C.该方法称为外加电流法

D.镁块上发生的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-

答案:B

解析:该方法是将化学能转化成了电能,A项错误;根据图片知,该金属防护措施采用的是牺牲阳极法,钢管道作正极,B项正确,C项错误;镁块作负极,电极反应:Mg+2OH--2e-Mg(OH)2,D项错误。

9.某课外活动小组,将剪下的一块镀锌铁片放入试剂瓶中,加入少量食盐水,再加数滴酚酞溶液,按下图装置进行实验,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

答案:B

解析:镀锌铁片与食盐水形成的原电池中,金属锌为负极,发生反应:Zn-2e-Zn2+,铁为正极,发生吸氧腐蚀,即2H2O+O2+4e-4OH-,所以锥形瓶中气体压强减小,导气管里形成一段水柱,生成的氢氧根离子能使酚酞溶液变红色。原电池形成后没有气体生成,所以乙中导气管中不会产生气泡,B项错误。

10.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、易行的实验步骤(夹持装置已省略):

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　　　　　　。能表示其原理的反应方程式为　  　　　　　　　　。 

(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　　　　　　。 

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(或无水氯化钙)　干燥O2

(3)与O2接触、与水接触　氧气浓度

解析:钢铁在潮湿环境中形成原电池,发生电化学腐蚀。此实验在直形管中的现象说明,潮湿是铁生锈的前提。直形管中与烧杯中实验现象的对比,则说明O2浓度是影响铁丝生锈快慢的一个重要因素。

能力提升

1.如图是金属牺牲阳极法的实验装置,有关说法正确的是(　　)。

A.加入K3[Fe(CN)6]溶液后,Fe电极附近不会产生带有特征蓝色的沉淀

B.本实验牺牲了金属Fe来保护金属Zn

C.该装置为电解池

D.远洋货轮上镶嵌的金属Zn长时间没有什么变化,不需要更换

答案:A

解析:铁被保护,所以溶液中不会产生Fe2+,加入K3[Fe(CN)6]溶液后,Fe电极附近不会产生带有特征蓝色的沉淀,A项正确;锌失电子作负极,铁作正极,所以牺牲了锌保护了铁,B项错误;该装置没有外接电源,所以是原电池而不是电解池,C项错误;远洋货轮船底镶嵌锌块,其中锌与铁构成原电池,锌作负极失电子发生氧化反应,锌被腐蚀,为保护货轮需定期更换,D项错误。

2.铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示,下列有关说法正确的是(　　)。

A.正极反应式:2H++2e-H2↑

B.此过程中还涉及反应:4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3

C.此过程中Fe、Cu均被腐蚀

D.此过程中电流从Fe流向Cu

答案:B

解析:根据题图知,水中溶解了氧气,铜、铁和水构成了原电池,较活泼的金属作负极,较不活泼的金属作正极,发生吸氧腐蚀。正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式:O2+2H2O+4e-4OH-,A项错误;负极上发生的电极反应式:Fe-2e-Fe2+,正极上的电极反应式:O2+2H2O+4e-4OH-,Fe2+与OH-反应生成Fe(OH)2,Fe(OH)2不稳定,容易被空气中的氧气氧化生成Fe(OH)3,化学方程式:4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3,B项正确;该原电池中铜作正极,原电池放电时,负极失电子容易被腐蚀,正极被保护,所以铜不被腐蚀,C项错误;该原电池放电时,外电路上电子从负极铁流向正极铜,电流从Cu流向Fe,D项错误。

3.烧过菜的铁锅未及时洗涤(残液中含NaCl等),第二天便出现红棕色锈斑。下列反应表示整个过程可能发生的变化,其中不符合事实的是(　　)。

A.2H2O+O2+4e-4OH-

B.Fe-3e-Fe3+

C.Fe2++2OH-Fe(OH)2↓

D.4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3

答案:B

解析:根据题意,铁在NaCl溶液中发生吸氧腐蚀,电极反应为负极Fe-2e-Fe2+,正极2H2O+O2+4e-4OH-,生成的Fe2+与OH-结合为Fe(OH)2,并进一步在空气中被氧化为Fe(OH)3,所以答案选B。

4.下图是模拟电化学反应装置图。下列说法中错误的是(　　)。

A.若X为石墨棒,开关K置于N处,可以减缓铁的腐蚀

B.若X为锌,开关K置于N处,则X极附近溶液的颜色会变黄色

C.若X为石墨棒,开关K置于M处,则X电极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-

D.若X为锌,开关K置于M处,保护铁电极,则为牺牲阳极法

答案:B

解析:A项,若X为石墨棒,开关K置于N处,形成电解池,铁作为阴极受到保护。B项,若X为锌,开关K置于N处,铁受到保护没有失去电子。C项,若X为石墨棒,开关K置于M处形成原电池,X极作为正极,氧气在X极得到电子。D项,若X为锌,开关K置于M处,形成原电池,铁受保护。

5.研究金属腐蚀及防护的装置如图所示。

图1

图2

下列有关说法不正确的是(　　)。

A.图1:a点溶液变红

B.图1:a点的铁比b点的铁腐蚀严重

C.图2:若d为锌,则铁不易被腐蚀

D.图2:正极电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-

答案:B

解析:图1中a点氧气得电子产生氢氧根离子,溶液显碱性,使酚酞溶液变红,A项正确; 图1中a点为正极, b点为负极,铁失电子产生亚铁离子,b点铁腐蚀严重,B项不正确;图2中若d为锌,作负极,失电子,则铁为正极,不易被腐蚀,C项正确;图2中正极氧气得电子产生氢氧根离子,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,D项正确。

6.电解是最强有力的氧化还原手段,在化工生产中有着重要的应用。请回答下列问题。

(1)以铜为阳极,以石墨为阴极,用NaCl溶液作电解质溶液进行电解,得到半导体材料Cu2O和一种清洁能源,则阳极反应式为　　　　　　　　　　　　,阴极反应式为　　　　　　　　　　　。 

(2)某同学设计如图所示的装置探究金属的腐蚀情况。下列判断合理的是　　　　(填字母)。 

A.②区铜片上有气泡产生

B.③区铁片的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑

C.最先观察到变成红色的区域是②区

D.②区和④区中铜片的质量均不发生变化

(3)最新研究发现,用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水的工艺具有流程简单、能耗较低等优点,其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应生成乙醇和乙酸,总反应式为2CH3CHO+H2OCH3CH2OH+CH3COOH。

实验室中,以一定浓度的乙醛-Na2SO4溶液为电解质溶液,模拟乙醛废水的处理过程,其装置如图所示。

①若以甲烷碱性燃料电池为直流电源,则燃料电池中b极应通入　　　　(填化学式),电极反应式为　　　　　　　　　　　。电解过程中,阴极区Na2SO4的物质的量　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。 

②在实际工艺处理中,阴极区乙醛的去除率可达60%。若在两极区分别注入1 m3乙醛含量为3 000 mg/L的废水,可得到乙醇　　　　kg(计算结果保留小数点后1位)。 

答案:(1)2Cu+H2O-2e-Cu2O+2H+　2H++2e-H2↑

(2)D

(3)①CH4　CH4+10OH--8e-C+7H2O

不变　②1.9

解析:(1)由于阳极材料为铜,所以铜本身失电子被氧化,由题意知氧化产物为Cu2O,可得阳极反应式为2Cu+H2O-2e-Cu2O+2H+,阴极上阳离子放电,即溶液中H+被还原成清洁能源H2。(2)左半区是原电池装置,发生的是铁的吸氧腐蚀,负极(Fe):Fe-2e-Fe2+,正极(Cu):O2+2H2O+4e-4OH-;右半区是电解装置,阳极(Fe):Fe-2e-Fe2+,阴极(Cu):2H++2e-H2↑,由于电解引起腐蚀的速率远大于吸氧腐蚀的速率,因此最先观察到变成红色的区域是④区,故A、B、C三项均错误,D项正确。(3)①根据电解质溶液中阳离子的迁移方向,可知c为阳极,d为阴极,因此直流电源上a为正极,通入O2,b为负极,通入CH4,在碱性条件下CH4的氧化产物为C,由此可写出此电极的电极反应式。在电解过程中,由于S没有参与放电,且阳离子交换膜不允许阴离子自由通过,因此根据质量守恒可得阴极区Na2SO4的物质的量不变。②阴极区发生还原反应,即CH3CHO转化成CH3CH2OH,设生成的乙醇的质量为x kg,根据碳原子守恒可得关系式:

CH3CHO　　　　~　　　　CH3CH2OH

44  46

3 000×103÷106×60% kg x kg

解得x≈1.9。