苏教版 (2019)选择性必修1第三单元 金属的腐蚀与防护课时训练

第三单元　金属的腐蚀与防护

基础巩固

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.化学腐蚀指金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应而引起的腐蚀

C.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

D.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同,都伴有电流产生

答案:B

2.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↑

答案:D

解析:铁、石墨及海水构成原电池,Fe为负极,失去电子被氧化为Fe2+,溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,铁片腐蚀加快,A、B项正确;若d为锌块,由于金属活动性:Zn>Fe,Zn为原电池的负极,Fe为正极,首先被腐蚀的是Zn,铁得到保护,铁片不易被腐蚀, 铁片上的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,C项正确、D项错误。

3.将一根较纯铁棒垂直没入水中,由于深水处溶氧量较少,一段时间后发现AB段产生较多铁锈,BC段腐蚀严重。下列关于此现象的说法错误的是(　　)。

A.铁棒AB段发生的反应为O2+2H2O+4e-4OH-

B.腐蚀过程中在铁棒上会产生微电流,且方向是从AB段到BC段

C.向水中加入一定量硫酸钾固体后,对铁棒的生锈速率几乎无影响

D.产生这种现象的本质原因是铁棒所处的化学环境不同

答案:C

解析:铁在水中发生吸氧腐蚀,BC段作原电池负极,AB段作原电池正极,正极上发生反应O2+2H2O+4e-4OH-,A项正确;腐蚀过程中电子从BC段流向AB段,电流方向为从AB段到BC段,B项正确;向水中加入一定量的硫酸钾固体后,离子浓度增大,铁棒的生锈速率增大,C项错误;此原电池的形成是由于铁棒所处的化学环境不同,D项正确。

4.缠有金属丝的铁钉插在含有酚酞的NaCl溶液中,如图所示,可以看到在贴近金属丝一边的溶液中出现粉红色。则该金属丝可能是(　　)。

A.镁 B.铝

C.锌 D.铜

答案:D

解析:金属丝一边溶液出现粉红色,说明金属丝附近产生OH-,即正极反应式为2H2O+O2+4e-4OH-,因此金属丝的活泼性比Fe差,铜符合题目要求。

5.国产航母山东舰已经列装服役,它采用模块制造,然后焊接组装而成,对焊接有着极高的要求。实验室模拟在海水环境和河水环境下对焊接金属材料使用的影响(如图)。下列相关描述中正确的是(　　)。

A.由图示的金属腐蚀情况说明了Sn元素的金属性强于Fe元素

B.由图示可以看出甲是海水环境下的腐蚀情况,乙是河水环境下的腐蚀情况

C.两种环境下铁被腐蚀时的电极反应式均为Fe-3e-Fe3+

D.为了防止舰艇在海水中被腐蚀,可在焊点附近用锌块打“补丁”煅烧

答案:D

解析:由图可知,两种环境下都是铁被腐蚀,电极反应式均为Fe-2e-Fe2+,说明Sn元素的金属性弱于Fe元素的金属性,A、C项错误;对比甲、乙中Fe的腐蚀程度,乙中Fe比甲中Fe被腐蚀得严重,说明乙所处环境的离子浓度大,所以乙是海水环境下的腐蚀情况,甲是河水环境下的腐蚀情况,B项错误;为了防止舰艇在海水中被腐蚀,可在焊点附近用比铁活泼的金属锌块打“补丁”煅烧,D项正确。

6.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分钟左右,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烧杯中潮湿的铁丝表面依然光亮。

试回答以下问题:

(1)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　　　　　　　。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CaCl2)　干燥O2

(3)①与O2接触,②与水接触　氧气浓度

解析:钢铁在潮湿环境下形成原电池,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,而没有涉及潮湿程度对生锈快慢的影响。直形管实验与烧杯实验的对比,则说明O2浓度是影响生锈快慢的一个重要因素。

能力提升

1.在一块表面无锈的铁片上滴食盐水,放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生反应的化学方程式为2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2,Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3,Fe(OH)3脱去一部分水生成铁锈,其原理如图所示。

下列说法正确的是(　　)。

A.铁片发生还原反应而被腐蚀

B.铁片腐蚀生成的铁锈可以保护内层的铁不被腐蚀

C.铁片腐蚀过程中负极发生的电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-

D.铁片里的铁和碳与食盐水形成了无数微小原电池,发生了电化学腐蚀

答案:D

解析:结合题图知Fe失电子,化合价升高,被氧化,A项错误。铁锈结构疏松,不能保护内层金属,B项错误。铁片腐蚀时,Fe作负极,发生氧化反应:Fe-2e-Fe2+,C项错误。铁片上的食盐水为铁与碳形成原电池提供了电解质溶液,D项正确。

2.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改置于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中应该是铁棒与溶液液面接触处最易腐蚀,因为与氧气的接触面积大,A项错误。图b中,开关置于M处,形成原电池,Cu-Zn合金作负极,被腐蚀;开关置于N处,形成原电池,Zn作负极,Cu-Zn合金作正极,Cu-Zn合金腐蚀速率减小,B项正确。图c中接通开关,Zn作负极,发生析氢腐蚀,Zn腐蚀速率增大,Pt上放出气体的速率增大,C项错误。图d中,Zn-MnO2干电池自放电腐蚀,Zn是负极,发生氧化反应,因而主要是由Zn发生氧化反应引起的,D项错误。

3.(双选)用压强传感器探究生铁在pH=2和pH=4的CH3COOH溶液中发生腐蚀的装置及得到的图像如下:

分析图像,判断下列结论错误的是(　　)。

A.溶液pH≤2时,生铁发生析氢腐蚀

B.溶液pH=4时,正极的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-

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+

答案:BC

解析:由压强变化图像可知pH=2时,锥形瓶内气体压强增大,说明生成氢气,发生析氢腐蚀;同理pH=4时,锥形瓶内气体压强减小,说明消耗氧气,发生吸氧腐蚀,两溶液中负极反应均为Fe-2e-Fe2+,A、D项正确。溶液的pH=4时,溶液显酸性,正极的电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,B项错误。根据相同时间内压强的变化量可知消耗氧气的速率比生成氢气的速率快,且消耗1mol氧气转移4mol电子,而生成1mol氢气转移2mol电子,所以吸氧腐蚀的速率大于析氢腐蚀的速率,C项错误。

4.请回答下列钢铁腐蚀、防护过程中涉及的有关问题。

(1)生产中可用稀盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入稀盐酸中,当铁锈被除尽后,溶液中发生的化合反应的化学方程式是 　　　　　　　。 

(2)下列装置中可防止铁棒被腐蚀的是　　　　　　。 

(3)在实际生产中,可在铁件的表面镀铜来防止铁被腐蚀,装置示意图如图所示。

①A电极对应的金属是　　　　　　　　(填元素名称),B电极的电极反应是　　　　　　　　　　。 

②若电镀前A、B两金属片质量相同,电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量,二者的质量相差5.12 g,则电镀时电路中通过的电子为　　　　　　　　 mol。 

③镀层破损后,镀铜铁比镀锌铁更易被腐蚀,简要说明原因:  　　　　　　　。 

答案:(1)2FeCl3+Fe3FeCl2

(2)BD

(3)①铜　Cu2++2e-Cu　②0.08　③铁比铜活泼,镀铜铁镀层破损后,在潮湿环境中形成原电池,铁作负极,加速铁的腐蚀(其他合理答案也可)

解析:(1)铁锈的主要成分为Fe2O3·nH2O,其与HCl反应生成Fe3+,Fe3+具有强氧化性,能够氧化铁单质:2Fe3++Fe3Fe2+。(2)根据原电池的工作原理和电解原理可知,A项中铁作负极,加速了铁的腐蚀;B项中铁作正极,被保护;C项中为铁的自然腐蚀;D项中铁作阴极,被保护。(3)①在铁件的表面镀铜时,阳极材料应选铜。②阳极铜溶解,阴极析出铜,故在阴极析出铜的质量为=2.56g,根据Cu2++2e-Cu可知,转移电子0.08mol。③镀铜铁镀层破损后,铜、铁在潮湿环境中构成原电池,铁作负极,加速铁的腐蚀;而镀锌铁镀层破损后,铁、锌在潮湿环境中构成原电池,铁作正极,铁被保护。