化学鲁科版 (2019)第1章 化学反应与能量转化第4节 金属的腐蚀与防护优秀复习练习题

第4节　金属的腐蚀与防护

基础过关练

题组一　金属的腐蚀

1.(2020浙江台州五校高二联考)下列叙述正确的是(　　)

A.金属腐蚀就是金属失去电子被还原的过程

B.将水库中的水闸(钢板)与外加直流电源的负极相连,正极连接到一块废铁上,可防止水闸被腐蚀

C.纯银物品久置表面变暗是银发生吸氧腐蚀的结果

D.铜板上的铁铆钉处在潮湿的空气中发生反应:Fe-3e- Fe3+,继而形成铁锈

2.(2020浙江温州十五校联合体高二期中联考)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液润湿后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)

A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e- Fe3+

B.铁的腐蚀过程中化学能全部转化为电能

C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀

D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀

3.(2020浙江诸暨中学高二阶段性考试)为研究金属腐蚀的条件和速率,某课外兴趣活动小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在如图所示的三个装置中,再同时放置于玻璃钟罩里相同的一段时间,下列对实验结束时现象的描述不正确的是(　　)

A.实验结束时,装置Ⅰ左侧的液面会下降

B.实验结束时,左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低

C.实验结束时,装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重

D.实验结束时,装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀

题组二　金属的防护

4.(2020湖北武汉高二质检)下列与金属腐蚀与防护有关的说法中正确的是(　　)

A.图1中,铁钉易被腐蚀

B.图2中,向烧杯中滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液,没有蓝色沉淀出现

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输水管的腐蚀,镁块相当于原电池的正极

5.下列金属防腐的措施中,使用外加电流阴极保护法的是(　　)

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

题组三　金属腐蚀的速率大小比较

6.相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是(　　)

7.(2020浙江温州高二期中)下列各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时,腐蚀速率由快到慢的顺序是(　　)

A.④>②>①>③>⑤>⑥

B.④>⑥>②>①>③>⑤

C.⑤>④>②>③>①>⑥

D.⑥>③>⑤>②>④>①

能力提升练

题组一　金属的腐蚀

1.(2020湖南、湖北八市十二校高三第一次调研联考,)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)在潮湿环境中发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。下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,图中青铜基体作负极,被氧化

B.正极发生的电极反应为O2+4e-+2H2O 4OH-

C.环境中的Cl-与正、负极反应的产物作用生成Cu2(OH)3Cl的离子方程式为2Cu2++3OH-+Cl- Cu2(OH)3Cl↓

D.若生成0.2 mol Cu2(OH)3Cl,则理论上消耗的O2体积为4.48 L

2.()常温下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以及得到的图像如图所示。下列结论错误的是(　　)

A.常温下溶液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.该条件下,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+

3.(2020广东中山高二期末,)将两根铁钉分别缠绕铜丝和镁条,放入滴有混合溶液的容器中,如图所示,下列叙述不正确的是(　　)

A.a中铜丝附近有气泡产生

B.a中铁钉附近出现蓝色沉淀

C.b中铁钉附近呈现血红色

D.b中发生吸氧腐蚀

4.()一定条件下,碳钢腐蚀与溶液pH(在常温下测得)的关系如下,下列说法不正确的是(　　)

A.常温下在pH=14的溶液中,碳钢腐蚀的正极反应为O2+4H++4e- 2H2O

B.常温下在pH<4的溶液中,碳钢主要发生析氢腐蚀

C.常温下在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,碳钢腐蚀速率会减慢

题组二　金属的防护

5.(2019山西孝义高三期末,)深埋在潮湿土壤中的铁管道,在硫酸盐还原菌作用下,能被硫酸根离子腐蚀,其电化学腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.铁管道发生的是吸氧腐蚀

B.输送暖气的管道也易发生此类腐蚀

C.这种情况下,土壤的pH增大

D.管道上刷富铜油漆可以延缓管道的腐蚀

6.(2020北京十二中高二月考,)关于下列各装置的叙述中,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: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

题组三　金属腐蚀速率大小比较

7.()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,开关由M处改置于N处,Cu-Zn合金的腐蚀速率减小

C.图c中,接通开关后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

8.(2020辽宁沈阳二中高二月考,)(1)在实际生产中,可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀(如图甲)。

①电镀时,镀件与电源的　　　(填“正”或“负”)极连接,A电极对应的金属是　　　　　(填元素名称),B电极的电极反应式是　　　　　　　　　　　。 

②图乙是一种钠硫高能电池的结构示意图,M由Na2O和Al2O3制得,其作用是导电和作隔膜,该电池总反应为2Na+xS Na2Sx。该电池的正极反应式为　　　　　　　　　　　。用该电池作电源对①中铁件镀铜时,若电镀池中两电极的质量开始相同,电镀完成后取出洗净、烘干、称量,二者质量相差25.6 g,则理论上该钠硫电池负极消耗的质量为　　　　　g。 

(2)装置甲、乙、丙的烧杯中都盛有稀硫酸。

①装置丙中的Fe电极上的电极反应式是　　　　　　　　　　　。 

②装置乙中被腐蚀的金属是　　　　　(填元素符号),装置甲、乙、丙中纯铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是　　　　　。 

(3)研究钢铁的防腐蚀措施意义重大。利用如图装置,可以模拟铁的电化学防护,其中Y为NaCl。

为减缓钢铁的腐蚀:

①若X为碳棒,则开关K应置于　　　　(填字母,下同)处; 

②若X为锌片,则开关K应置于　　　　处。 

(4)在城市中地下常埋有纵横交错的管道和输电线路,地上还铺有地铁、城铁的铁轨,当有电流泄漏入潮湿的土壤中,并与金属管道形成回路时,就会引起金属管道的腐蚀。为表示其原理,某班级的学生绘制了下列装置图(假设电极材料均为铁,电解质溶液均为NaCl溶液)。

你认为其中能合理模拟金属管道的腐蚀原理的是　　　　　;图c中的总反应方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(5)1 L某溶液中含有的离子及其浓度如下表:

用惰性电极电解该溶液,当电路中有5 mol e-通过时,溶液的c(H+)=

　　　mol/L(忽略电解时溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)。 

答案全解全析

基础过关练

1.B　金属腐蚀就是金属失去电子被氧化的过程,故A错误;将水库中的水闸(钢板)与外加直流电源的负极相连,作电解池的阴极被保护,可防止水闸被腐蚀,故B正确;纯银物品久置变暗是因为银的表面形成硫化银,与吸氧腐蚀无关,故C错误;铜板上的铁铆钉处在潮湿的空气中形成原电池,发生吸氧腐蚀,负极反应式为Fe-2e- Fe2+,故D错误。

2.C　在铁的电化学腐蚀中,铁单质失去电子转化为Fe2+,即铁被氧化的电极反应式为Fe-2e- Fe2+,故A错误;铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能,还有一部分转化为热能,故B错误;活性炭与铁粉混合,在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池,加速了铁的腐蚀,故C正确;以水代替氯化钠溶液,水呈中性,铁在中性条件下易发生吸氧腐蚀,故D错误。

3.B　装置Ⅰ中的铁钉发生析氢腐蚀,使左侧液面下降;由于Fe比Cu活泼,装置Ⅱ中构成了原电池,会加速铁钉的腐蚀,装置Ⅱ比装置Ⅰ放出更多的H2,左侧液面下降更多;浓硫酸是难挥发性酸,具有吸水性,装置Ⅲ中的铁钉处于较为干燥的环境中,因此短时间内几乎没有被腐蚀。

4.C　图1中,铁钉处于干燥环境中,不易被腐蚀,A项错误;图2中,Fe、Cu、经酸化的3% NaCl溶液构成了原电池,Fe为负极,负极反应式为Fe-2e- Fe2+,Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应生成Fe3[Fe(CN)6]2蓝色沉淀,B项错误;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,C项正确;用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁输水管的腐蚀,为牺牲阳极保护法,镁块相当于原电池的负极,D项错误。

5.A　水中的钢闸门连接电源的负极,即作为电解池的阴极而被保护,属于外加电流阴极保护法,A项正确;金属护栏表面涂漆、汽车底盘喷涂高分子膜都属于外加防护层的防腐方法,B、C项错误;地下钢管连接镁块,属于牺牲阳极保护法,D项错误。

6.C　A、D中Fe、Cu均参与构成了原电池,Fe作负极,加速了铁的腐蚀;B中食盐水作为电解质溶液,铁炒锅和铁铲都是铁合金,形成了原电池,铁是活泼金属作负极,碳作正极,铁被腐蚀;C中铜镀层把铁完全覆盖,保护铁不被腐蚀。

7.B　由题图可知,④中铁为电解池的阳极,腐蚀最快,而⑤中铁为电解池的阴极,腐蚀最慢;⑥中铁为原电池的负极,被腐蚀,但腐蚀速率④>⑥;两电极金属的活泼性相差越大,则负极越易被腐蚀,腐蚀速率⑥>②;①中铁发生化学腐蚀;③中铁为原电池的正极,被保护。综上可知,铁腐蚀时速率由快到慢的顺序是④>⑥>②>①>③>⑤,故选B。

能力提升练

1.D　根据题图知,氧气得电子生成氢氧根离子,Cu失电子生成铜离子,铜发生吸氧腐蚀,则Cu作负极被氧化,A正确;氧气在正极上得电子生成氢氧根离子,电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-,B正确;多孔粉状锈[Cu2(OH)3Cl]为固体,故生成Cu2(OH)3Cl的离子方程式为2Cu2++3OH-+Cl- Cu2(OH)3Cl↓,C正确;未指明是否在标准状况下,则不能计算氧气的体积,D错误。

2.C　由图a可知,常温下溶液pH=2时,压强随着反应的进行而逐渐增大,说明装置中发生的是析氢腐蚀,故可推知常温下溶液pH≤2时,生铁发生析氢腐蚀,A项正确;由图b可知,常温下溶液pH=4时,压强随着反应的进行而逐渐减小,说明装置中发生的是吸氧腐蚀,常温下pH=4的醋酸溶液呈酸性,所以在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀,B项正确;压强变化相同时,图a比图b所用时间长,说明该条件下,吸氧腐蚀的速率大于析氢腐蚀的速率,C项错误;常温下,铁在pH=2的醋酸溶液中发生析氢腐蚀,在pH=4的醋酸溶液中发生吸氧腐蚀,铁均作负极,电极反应式为Fe-2e- Fe2+,D项正确。

3.C　a中装置构成原电池,Fe易失电子作负极,Cu作正极;b装置也构成原电池,Mg作负极,Fe作正极,Fe被保护。a中Cu作正极,电极反应为2H++2e- H2↑,所以a中铜丝附近有气泡产生,A正确;a中Fe作负极,电极反应为Fe-2e- Fe2+,亚铁离子和铁氰化钾反应生成蓝色沉淀,所以a中铁钉附近出现蓝色沉淀,B正确;b中Fe作正极被保护,Fe不参加反应,没有铁离子生成,所以铁钉附近不会呈现血红色,C错误;一般强酸性条件下发生析氢腐蚀,弱酸性、中性或碱性条件下发生吸氧腐蚀,b中发生吸氧腐蚀,D正确。

4.A　常温下pH=14的溶液呈碱性,碳钢发生吸氧腐蚀,正极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,故A不正确;常温下pH<4的溶液为酸性溶液,碳钢主要发生析氢腐蚀,正极反应式为2H++2e- H2↑,故B正确;常温下在pH>6的溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀,正极反应式为O2+2H2O+4e- 4OH-,故C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正确。

5.C　由题图可知,负极反应为Fe-2e- Fe2+,正极反应为S+5H2O+8e- HS-+9OH-。铁管道的腐蚀过程中,氧气并未参与反应,所以不是吸氧腐蚀,故A错误;硫酸盐还原菌在较高温度下失去催化活性,则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀,故B错误;由正、负极的电极反应可知,铁管道腐蚀过程中,OH-浓度增大,土壤pH增大,故C正确;管道上刷富铜油漆,形成Cu-Fe原电池,Fe作负极,会加快管道的腐蚀,故D错误。

6.B　装置①中a极和电源的正极相连,则a极为阳极,b极是阴极,精炼铜时,粗铜是阳极,纯铜是阴极,选项A正确;装置②是原电池,铁比铜活泼,所以铁是负极,失去电子,铜是正极,溶液中的铁离子得到电子,选项B不正确;钢闸门应与外接电源的负极相连,作阴极被保护,选项C正确;装置④中浓硫酸是难挥发性酸,具有吸水性,铁钉处于较为干燥的环境中,因此铁钉几乎没被腐蚀,选项D正确。

7.B　图a中,铁棒发生吸氧腐蚀,靠近底端的部分接触的氧气量少,腐蚀程度较轻,故A错误;图b中,开关由M处置于N处,Cu-Zn合金作正极,其腐蚀速率减小,故B正确;图c中,接通开关后Zn作负极,腐蚀速率增大,但氢气在Pt电极上放出,故C错误;图d中,干电池放电时MnO2发生还原反应,Zn发生氧化反应,自放电腐蚀主要由Zn的还原作用引起,故D错误。

8.答案　(1)①负　铜　Cu2++2e- Cu　②xS+2e- 　9.2　(2)①2H++2e- H2↑　②Fe　乙>甲>丙　(3)①N　②M　(4)acd　Fe+2H2O Fe(OH)2+H2↑　(5)1

解析　(1)①根据电镀原理,镀层金属作阳极,镀件作阴极,电解液一般为含有镀层金属阳离子的盐溶液,在铁件的表面镀铜时,镀件与电源的负极连接,A电极对应的金属是铜,B电极的电极反应式是Cu2++2e- Cu。②根据电池反应分析,硫元素的化合价降低,S发生还原反应,作正极,电极反应式为xS+2e- ;电镀时,阳极反应式为Cu-2e- Cu2+,阴极反应式为Cu2++2e- Cu,若电镀池中两电极的质量开始相同,当相差64 g·mol-1×2 mol=128 g时,转移2 mol电子,实际电镀完成后二者质量相差25.6 g,则转移的电子为0.4 mol,该钠硫电池的负极反应式为Na-e- Na+,根据转移电子数相等知,负极消耗Na的物质的量为0.4 mol,质量为9.2 g。

(2)①装置丙构成了原电池,由于金属活动性:Zn>Fe,故Fe为正极,在正极上H+得电子生成H2,电极反应式是2H++2e- H2↑。②装置乙构成了原电池,由于金属活动性:Fe>Sn,所以装置乙中被腐蚀的金属是活动性较强的Fe。装置甲是Fe与稀硫酸直接发生反应;装置乙构成原电池,Fe为负极,腐蚀速率比甲快;装置丙构成原电池,Zn为负极,Fe为正极,所以装置甲、乙、丙中纯铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是乙>甲>丙。

(3)为减缓铁件的腐蚀,若X为碳棒,则开关K应置于N处,构成电解池,钢铁为阴极,被保护;若X为锌片,则开关K应置于M处,构成原电池,由于金属活动性:Zn>Fe,故锌片作原电池的负极,钢铁作正极,负极上Zn失去电子变为Zn2+,钢铁被保护。

(4)该装置是电解池,阳极失去电子被氧化,可以模拟金属管道的腐蚀原理,a正确;该装置不能构成闭合回路,不能模拟金属管道的腐蚀原理,b错误;该装置是电解池,阳极失去电子被氧化,可以模拟金属管道的腐蚀原理,c正确;该装置是电解池,阳极失去电子被氧化,可以模拟金属管道的腐蚀原理,d正确。其中c装置中铁失去电子,阴极上溶液中的氢离子得到电子,电解池的总反应式为Fe+2H2O Fe(OH)2+H2↑。

(5)根据溶液呈电中性可知x=2×2+1×3-4×1=3。阳极上首先是氯离子放电,电极反应为2Cl--2e- Cl2↑,然后是溶液中的氢氧根离子放电;阴极上首先是铜离子放电,电极反应为Cu2++2e- Cu,然后是溶液中的氢离子放电。当电路中有5 mol e-通过时溶液中增加的氢离子的物质的量是1 mol,所以溶液中氢离子的浓度是1 mol÷1 L=1 mol/L。