鲁科版 (2019)选择性必修1第4节 金属的腐蚀与防护优秀练习

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第07讲 金属的腐蚀与防护
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课程标准
课标解读
1．了解金属腐蚀的原因，能辨别金属发生腐蚀的类型。
2．理解金属发生电化学腐蚀的原理及类型，了解金属腐蚀带来的危害。
3．掌握金属防护的方法以及金属的电化学防护的原理。
1．能从宏观与微观结合的视角对金属防护进行分类和表征，能分析金属防护与金属腐蚀之间的关系。
2．能利用电化学模型分析和解决金属的防腐问题。
3．能依据“绿色化学”思想和科学理论对金属的腐蚀过程进行分析，权衡利弊，作出合理决策。
知识精讲

知识点01 金属的腐蚀
1．金属腐蚀的定义和分类

2．化学腐蚀和电化学腐蚀
金属腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
定义
金属与接触到的物质直接反应
不纯的金属在潮湿的空气或电解质溶液中发生原电池反应
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
实质与联系
①实质：都是金属原子失去电子被氧化而损耗；
②化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍
3．钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀
类别
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
水膜酸性不强
水膜酸度较高
正极反应
O2+2H2O+4e－＝4OH－
2H++2e－＝H2↑
负极反应
Fe－2e－＝Fe2+
生成铁锈
的反应
Fe2++2OH－＝Fe（OH）2↓
4Fe（OH）2+O2+2H2O＝4Fe（OH）3
2Fe（OH）3＝Fe2O3·xH2O+（3－x）H2O
【即学即练1】下列关于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
【解析】选D。金属腐蚀的本质是金属失去电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水或其他腐蚀性物质接触，腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，A错误；化学腐蚀指不纯金属发生化学反应而损耗的过程，不需要外加电流，B错误；钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，而不是负极吸收氧气，C错误。
知识点02 金属的防护
1．在金属表面覆盖保护层
（1）涂油漆等。
（2）镀抗腐蚀金属，如电镀等。
（3）镀膜，如烤蓝等。
2．改变金属内部组成、结构等，如制成不锈钢。
3．电化学防护
（1）牺牲阳极保护法
①原理：原电池原理
②方法：在被保护的金属上连接更活泼的金属，使被保护金属成为正极。
（2）外加电流阴极电保护法
①原理：电解池原理
②方法：使被保护的金属连接电源的负极成为阴极。
【即学即练2】下列防止金属腐蚀的做法不可行的是（ ）。
A．在某些工具的机械转动部位刷油漆以防锈
B．衣架和电线外面包上一层塑料层以防锈
C．在钢材制造的大型船舶上装上一定数量的锌块
D．自行车的钢圈和车铃上镀上一层铬，既耐腐蚀又美观耐磨
【解析】选A。在某些工具的机械转动部位刷油漆以防锈并不能防止金属的腐蚀，因为机械转动部位容易磨损油漆，导致金属的腐蚀，其余选项都是可以防止腐蚀的。
能力拓展

考法01 金属的腐蚀
【典例1】（2021·广东省肇庆市高二上学期期末）利用物质由高浓度向低浓度自发扩散的能量可制成浓差电池。在海水中的不锈钢制品，缝隙处氧浓度比海水低，易形成浓差电池而发生缝隙腐蚀。缝隙处腐蚀机理如图所示。下列说法不正确的是（ ）。

A．金属缝隙内表面为负极，外自由表面为正极
B．缝隙内溶液pH增大，加快了缝隙内腐蚀速率
C．为了维持电中性，海水中大量Cl－进入缝隙
D．正极的电极反应为O2+2H2O+4e－＝4OH－
【解析】选B。根据氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子，所以金属缝隙外自由表面为正极，金属缝隙内表面为负极，故A正确；金属缝隙外自由表面为正极，生成氢氧根离子，缝隙外溶液pH增大，加快了缝隙内腐蚀速率，故B错误；阴离子由正极向负极移动，所以大量Cl－进入缝隙维持电中性，故C正确；正极为氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应为O2+2H2O+4e－＝4OH－，故D正确。
【知识拓展】金属的腐蚀
1．金属的电化学腐蚀、注意事项
（1）化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大。
（2）析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。
（3）钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2+，而非Fe3+。
（4）一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀。
2．金属腐蚀的快慢比较
（1）在同一种电解质溶液中，金属腐蚀的由快到慢的顺序是电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极。
（2）在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀＞金属在非电解质溶液中的腐蚀；金属在强电解质溶液中的腐蚀＞金属在弱电解质溶液中的腐蚀。
（3）对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
考法02 电化学防护法
【典例2】（2021•天津河东区高二上学期期末检测）用如图装置研究电化学原理，下列分析中错误的是（ ）。
选项
连接
电极材料
分析
a
b
A
K1，K2
石墨
铁
模拟铁的吸氧腐蚀
B
K1，K2
锌
铁
模拟钢铁防护中牺牲阳极的阴极保护法
C
K1，K3
石墨
铁
模拟电解饱和食盐水
D
K1，K3
铁
石墨
模拟钢铁防护中外加电流的阴极保护法

【解析】选D。在中性条件下，铁作负极失电子，石墨作正极，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，则Fe发生吸氧腐蚀，故A正确；Zn、Fe形成原电池，Zn作负极被腐蚀，Fe作正极被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法，故B正确；Fe作阴极，阴极上氢离子得电子，石墨作阳极，阳极上氯离子失电子，电解氯化钠溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠，故C正确；Fe与正极相连，Fe作阳极，Fe失电子，被腐蚀，Fe不能被保护，故D错误。
【知识拓展】金属的电化学防护法
电化
学防
护
牺牲阳极保护法
外加电流阴极保护法
原理
原电池原理
电解原理
措施
被保护的金属作正极（阴极），以一种活动性较强的金属作负极（阳极）
被保护的金属作阴极，惰性电极作辅助阳极，连上直流电源
应用
如锅炉内壁、船舶外壳、铁塔、铁管道装上若干锌块，可保护钢铁设备
如钢闸门、输送酸性溶液的铁管道等
示意图


分层提分

题组A 基础过关练
1．全世界每年因钢铁锈蚀造成了巨大的损失，下列有关说法正确的是（ ）。

A．钢铁腐蚀的正极反应式为Fe－2e－Fe2+
B．钢铁腐蚀时化学能不能全部转化为电能
C．如图所示，将导线与金属铜相连可保护地下铁管
D．如图所示，将导线与外接电源的正极相连可保护地下铁管
【解析】选B。由图可知，需保护铁管不受腐蚀，若接金属块，则该金属应该比铁更活泼；若外接电源，应接电源的负极。钢铁腐蚀的负极反应式为Fe－2e－Fe2+，故A错误；钢铁腐蚀时化学能主要转化为电能，但还有热能等，故B正确；铜、铁形成原电池，铁作负极被腐蚀，故C错误；外加电流的阴极保护法要将被保护的金属与电源的负极相连，故D错误。
2．（2021~2022学年北京延庆区高二上学期期末检测）下列关于轮船嵌有锌块实施保护的判断不合理的是（ ）。
A．嵌入锌块后的负极反应：Fe－2e－＝Fe2+
B．可用镁合金块代替锌块进行保护
C．腐蚀的正极反应：2H2O+O2+4e－＝4OH－
D．该方法采用的是牺牲阳极的阴极保护法
【解析】选A。嵌入锌块做负极，负极反应为Zn－2e－＝Zn2+，A项错误；上述方法为牺牲阳极的阴极保护法，即牺牲做负极的锌块保护做正极的轮船，故可以用镁合金来代替锌块，B项正确；由于海水呈弱碱性，铁发生吸氧腐蚀，故正极反应为2H2O+O2+4e－＝4OH－，C项正确；此保护方法是构成了原电池，牺牲了锌块保护轮船，故为牺牲阳极的阴极保护法，D项正确。
3．（2021~2022学年湖北黄石高二检测）某铁柱需长期浸入水下，为了减少腐蚀，下列措施中不能达到目的是（ ）。
A．在铁柱上铆上一些锌片
B．将铁柱与直流电源的正极相连
C．在铁柱表面涂上一层较厚的沥青
D．在铁柱表面镀锡
【解析】选B。在铁柱上铆上一些锌片，这样锌铁构成的原电池，金属锌是负极，铁是正极，正极金属铁能被保护，能达到目的，A不符合题意；将铁柱与直流电源的正极相连，作阳极，发生氧化反应，腐蚀速率会大大加快，B符合题意；在铁柱表面涂上一层较厚的沥青，可以隔绝金属和空气、水的接触，能被保护，能达到目的，C不符合题意；利用锡的稳定性隔离铁与腐蚀介质接触，可以减少铁的腐蚀，能达到目的，D不符合题意。
4．下列说法中正确的是（ ）。
A．由反应：2Fe2++Cl2→2Fe3++2Cl－，可以得出还原性Cl2＜Fe3+
B．由于钢铁表面水膜里溶有氧气和二氧化碳，所以日常的金属腐蚀以析氢腐蚀为主
C．将钢铁接在外电源的负极上，另一金属（不是惰性金属）接在外电源的正极上组成电解池，可以防钢铁腐蚀
D．纯锌与稀硫酸反应比不纯的锌（一般含铁、铜等杂质）与相同的稀硫酸反应快
【解析】选C。在反应：2Fe2++Cl2→2Fe3++2Cl－中，Cl2是氧化剂，Fe3+是氧化产物，根据物质的氧化性：氧化剂＞氧化产物，可知氧化性：Cl2＞Fe3+，A错误；尽管钢铁表面水膜里溶有氧气和二氧化碳，但溶液的酸性很弱，所以日常的金属腐蚀以吸氧腐蚀为主，B错误；若将钢铁接在外电源的负极上，则钢铁为阴极；另一金属（不是惰性金属）接在外电源的正极上作阳极，组成电解池，被腐蚀的附加的另一种金属，这样就可以防钢铁腐蚀，使钢铁得到保护，C正确；不纯的金属Zn与杂质及硫酸构成原电池，可加快化学反应速率，因此不纯Zn比纯净的Zn与硫酸反应速率更快，D错误。
5．（2021~2022广东省湛江市高二上学期期末）在船体的钢铁外壳上镶嵌锌块可以有效避免船体遭受腐蚀。下列说法不正确的是（ ）。
A．锌块作原电池的负极
B．钢铁在海水中易发生吸氧腐蚀
C．电子由船体钢铁外壳向锌块移动
D．在海水中阳离子向船体钢铁外壳移动
【解析】选C。牺牲阳极法安装活泼金属做原电池负极，被保护的钢铁做正极，A项正确；海水中pH接近中性，易发生吸氧腐蚀，B项正确；原电池中电子从负极经外电路流向正极，C项错误；原电池电解质中阳离子向正极移动，D项正确。
6．研究海水中金属桥墩的腐蚀及防护是桥梁建设的重要课题。下列有关说法错误的是（ ）。

图1 图2
A．桥墩的腐蚀主要是析氢腐蚀
B．钢铁桥墩在海水中比在河水中腐蚀更快
C．图1辅助电极的材料可以为石墨
D．图2钢铁桥墩上发生的反应是O2+2H2O+4e－4OH－
【解析】选A。桥墩的腐蚀主要是吸氧腐蚀，A项错误；河水中电解质含量少，海水中含有大量的氯化钠，所以钢铁桥墩在海水中比在河水中更易腐蚀，B项正确；外加电流的阴极保护法常用惰性电极作为辅助阳极，C项正确；由题图2分析知，D项正确。
7．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。
（1）钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为_____________________________。
（2）为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________（填写字母序号）。
A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨
（3）图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的______极。

甲 乙
【解析】（1）发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失去电子，正极上O2得到电子。（2）图甲铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌，则锌会失去电子而溶解，Fe被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法。（3）图乙属于外加电流的阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在电源的负极。
【答案】（1）负极：Fe－2e－＝Fe2+，正极：O2+2H2O+4e－＝4OH－（2）C（3）负
8．（2021·杭州高二检测）2018年7月至9月，国家文物局在辽宁开展水下考古，搜寻、发现并确认了甲午海战北洋水师沉舰－－经远舰。已知：正常海水呈弱碱性。
（1）经远舰在海底“沉睡”124年后，钢铁制成的舰体腐蚀严重。舰体发生电化学腐蚀时，负极的电极反应式为_____________________。
（2）为了保护文物，考古队员采用“牺牲阳极的阴极保护法”对舰船水下遗址进行了处理。
①考古队员贴在舰体上的材料块可以是______（填字母序号）。
A．铝锌合金 B．石墨 C．铅 D．铜
②采用“牺牲阳极的阴极保护法”后，水下舰体上正极的电极反应式为___________________________。
（3）考古队员将舰船上的部分文物打捞出水后，采取脱盐、干燥等措施防止文物继续被腐蚀。从电化学原理的角度分析“脱盐、干燥”的防腐原理：________________________________________。
【解析】（1）海水呈弱碱性，钢铁在中性或弱酸性条件下发生吸氧腐蚀，负极上铁失去电子发生氧化反应，电极反应式为：Fe－2e－＝Fe2+；（2）①采用“牺牲阳极的阴极保护法”对舰船进行保护，需要选用活泼性比铁强的金属作负极，故选a；②采用“牺牲阳极的阴极保护法”后，铁为正极，海水呈弱碱性，在中性或弱酸性条件下发生吸氧腐蚀，正极的电极反应式为O2+4e－+2H2O＝4OH－；（3）考古队员将舰船上的部分文物打捞出水后，采取脱盐、干燥等措施防止文物继续被腐蚀，脱盐、干燥处理破坏了原电池中的构成条件，使之缺少了电解质溶液，使文物表面无法形成原电池发生电化学腐蚀。
【答案】（1）Fe－2e－+2OH－＝Fe（OH）2（写“Fe－2e－＝Fe2+”不扣分）
（2）①a②O2+4e－+2H2O＝4OH－
（3）脱盐、干燥处理破坏了微电池中的离子导体（或电解质溶液），使文物表面无法形成微电池发生电化学腐蚀
题组B 能力提升练
1．为防止铁管道腐蚀分别采取了如下甲、乙两种方法，下列有关说法错误的是（ ）。

A．方法甲叫作牺牲阳极保护法，R可以选择Zn、Cu等金属
B．方法乙叫作外加电流阴极保护法
C．两种方法的实质均是阻止铁发生氧化反应而腐蚀
D．在潮湿的酸性土壤中，铁管道主要发生析氢腐蚀
【解析】选A。方法甲是将铁管道与金属R相连，因此叫作牺牲阳极保护法，R可以选择Zn，但不能选择Cu，因为铜放热金属性弱于铁，A错误；方法乙与外接电源负极相连，叫作外加电流阴极保护法，B正确；铁失去电子被氧化而被腐蚀，则两种方法的实质均是阻止铁发生氧化反应而腐蚀，C正确；在潮湿的酸性土壤中氢离子浓度较大，铁管道主要发生析氢腐蚀，D正确。
2．（2022·广东省等级考）为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是（ ）。
A．加入AgNO3溶液产生沉淀
B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C．加入KSCN溶液无红色出现
D．加入K3［Fe（CN）6］溶液无蓝色沉淀生成
【解析】选D。氯化钠溶液中始终存在氯离子，所以加入硝酸银溶液后，不管铁片是否被腐蚀，均会出现白色沉淀，故A不符合题意；淀粉碘化钾溶液可检测氧化性物质，但不论铁片是否被腐蚀，均无氧化性物质可碘化钾发生反应，故B不符合题意；KSCN溶液可检测铁离子的存在，上述现象中不会出现铁离子，所以无论铁片是否被腐蚀，加入KSCN溶液后，均无红色出现，故C不符合题意；K3［Fe（CN）6］是用于检测Fe2+的试剂，若铁片没有被腐蚀，则溶液中不会生成亚铁离子，则加入K3［Fe（CN）6］溶液就不会出现蓝色沉淀，故D符合题意。
3．（济南大学城实验高中2021~2022学年高二阶段性调研）考古中出土的锡青铜（铜锡合金）文物常有Cu2（OH）3Cl覆盖在其表面。下列说法正确的是（ ）。
A．锡青铜的熔点比纯铜高
B．锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快
C．锡青铜中的锡加速了铜的腐蚀速度
D．生成Cu2（OH）3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程
【解析】选B。锡青铜是合金，合金的熔点比纯金属的熔点都低，故A不符合题意；在潮湿环境中，锡青铜易形成原电池而发生电化学腐蚀，所以在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快，故B符合题意；锡青铜中的锡比铜活泼，所以形成原电池时，锡作负极，则铜被保护，故C不符合题意；生成Cu2（OH）3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但属于化学反应，故D不符合题意。
4．用铁柳钉固定铜板，通常会发生腐蚀如下图所示，下列说法不正确的是（ ）。

A．铁柳钉作负极被锈蚀
B．铁失去电子通过水膜传递给O2
C．正极反应：O2+4e－+2H2O＝4OH－
D．铁钉变化过程：Fe→Fe2+→Fe（OH）2→Fe（OH）3→Fe2O3·xH2O
【解析】选B。铁铜原电池中，铁更活泼，故做负极被腐蚀，故A正确；电子不能在电解质溶液中传递，即不是通过水膜传递给氧气的，故B错误；氧气在正极上得电子，电极方程式为O2+4e－+2H2O＝4OH－，故C正确；铁钉做负极被腐蚀，电极方程式为Fe−2e−＝Fe2+，Fe2+接下来与OH−反应生成Fe（OH）2：Fe2++2OH−＝Fe（OH）2，而Fe（OH）2易被氧气氧化生成Fe（OH）3：4Fe（OH）2+O2+2H2O＝4Fe（OH）3，Fe（OH）3易分解生成铁锈，反应为2Fe（OH）3＝Fe2O3·xH2O+（3−x）H2O，即铁钉变化过程为Fe→Fe2+→Fe（OH）2→Fe（OH）3→Fe2O3·xH2O，故D正确。
5．如图所示，装置中都盛有0.1mol·L－1的NaCl溶液，放置一定时间后，装置中的四块相同的锌片腐蚀速率由快到慢的正确顺序是（ ）。

A．①②③④ B．①②④③
C．③①④② D．②①④③
【解析】选D。①②装置中加快Zn的腐蚀，③装置中Zn被保护，④装置中Zn为自然腐蚀。
6．（北京市西城区2022年高三3月模拟）研究小组将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞（如图1）。从胶头滴管中滴入醋酸溶液，容器中的压强随时间的变化曲线如图2。下列说法不正确的是（ ）。

A．0~t1时压强增大的原因不一定是铁发生了析氢腐蚀
B．铁粉发生反应：Fe－3e－＝Fe3+
C．碳粉上发生了还原反应
D．t2时，容器中压强明显小于起始压强，原因是铁发生了吸氧腐蚀
【解析】选B。0~t1时压强增大的原因可能是醋酸与铁直接反应产生了氢气，也可能是形成铁－C原电池，Fe发生析氢腐蚀，还可能是醋酸与铁反应放热，使体系温度升高，压强增大，即不一定是铁发生了析氢腐蚀，A正确；无论发生化学腐蚀还是析氢腐蚀，铁粉均发生反应：Fe－2e－＝Fe2+，B错误；Fe发生电化学腐蚀，Fe作负极，发生氧化反应，C作正极，C表面发生还原反应，C正确；结合分析可知，t2时，容器中压强明显小于起始压强，原因是铁发生了吸氧腐蚀，D正确。
7．金属腐蚀的电化学原理可用如图模拟。

（1）请写出有关电极反应式：
①铁棒上电极反应式：___________________。
②碳棒上电极反应式：___________________。
（2）该图所表示的是________（填“析氢”或“吸氧”）腐蚀。
（3）若将O2撤走，并将NaCl溶液改为稀硫酸溶液，则此图可表示________（填“析氢”或“吸氧”）腐蚀原理；若用牺牲阳极保护法来保护铁棒不被腐蚀溶解，即可将碳棒改为________棒。
【解析】电解质是氯化钠溶液，溶液呈中性，发生吸氧腐蚀，负极反应是2Fe－4e－＝2Fe2+，正极反应是O2+2H2O+4e－＝4OH－。若将O2撤走，并将NaCl溶液改为稀硫酸溶液，此时发生析氢腐蚀；若用牺牲阳极保护法来保护铁棒不被腐蚀溶解，此时构成的原电池中铁棒作正极，负极是比铁活泼的金属，因此可将碳棒改为锌棒。
【答案】（1）①2Fe－4e－＝2Fe2+
②O2+2H2O+4e－＝4OH－（2）吸氧（3）析氢；锌（或其他比Fe活泼的金属）
8．铝的阳极氧化，是一种常用的金属表面处理技术，它能使铝的表面生成一层致密的氧化膜，该氧化膜不溶于稀硫酸。某化学研究小组在实验室中按下列步骤模拟该生产过程。填写下列空白：
（1）配制实验用的溶液。要配制200mL密度为1.2g·cm－3的溶质质量分数为16％的NaOH溶液，需要称取_______gNaOH固体。
（2）把铝片浸入热的16％NaOH溶液中约半分钟左右洗去油污，除去表面的氧化膜，取出用水冲洗。写出除去氧化膜的离子方程式____________________________。
（3）如图，组装好仪器，接通开关K，通电约25min。在阳极生成氧化铝，阴极产生气体。写出该过程中的电极反应式：阳极：__________________________________；阴极：____________________________；

（4）断开电路，取出铝片，用1％稀氨水中和表面的酸液，再用水冲洗干净。写出该过程发生反应的离子方程式______________________________。
【解析】（1）200mL密度为1.2g·cm－3的溶质质量分数为16%的NaOH溶液，溶液中氢氧化钠质量＝200mL×1.2g·cm－3×16%＝38.4g；（2）铝表面有氧化铝，氧化铝是两性氧化物溶于氢氧化钠溶液中反应生成四羟基合铝酸钠或偏铝酸钠，反应的离子方程式为：Al2O3+2OH－+3H2O＝2[A1（OH）4]－或Al2O3+2OH－＝2AlO2－+H2O。（3）装置图分析铝接电源正极在电解池中做阳极失电子生成氧化铝，电极反应为：2Al+3H2O＝Al2O3+6H++6e－；溶液中氢离子在阴极得到电子生成氢气，电极反应为：6H++6e－＝3H2↑；（4）用1%稀氨水中和表面的酸液，是和稀硫酸发生的反应，反应离子方程式为：NH3·H2O+H+＝NH4++H2O。
【答案】（1）38.4（2）Al2O3+2OH－+3H2O＝2AlO2－+H2O或Al2O3+2OH－+3H2O＝2[A1（OH）4]－
（3）2Al+3H2O－6e－＝Al2O3+6H+；6H++6e－＝3H2↑
（4）NH3·H2O+H+＝NH4++H2O
题组C 培优拔尖练
1．（2022·辽宁省选择考）镀锌铁钉放入棕色的碘水中，溶液褪色；取出铁钉后加入少量漂白粉，溶液恢复棕色；加入CCl4，振荡，静置，液体分层。下列说法正确的是（ ）。
A．褪色原因为I2被Fe还原
B．液体分层后，上层呈紫红色
C．镀锌铁钉比镀锡铁钉更易生锈
D．溶液恢复棕色的原因为I－被氧化
【解析】选D。Zn比Fe活泼，更容易失去电子，还原性更强，先与I2发生氧化还原反应，故溶液褪色原因为I2被Zn还原，A项错误；液体分层后，I2在CCl4层，CCl4的密度比水大，则下层呈紫红色，B项错误；若镀层金属活泼性大于Fe，则Fe不易生锈，反之，若Fe活泼性大于镀层金属，则Fe更易生锈，由于活泼性：Zn＞Fe＞Sn，则镀锡铁钉更易生锈，C项错误；漂白粉的有效成分为Ca（ClO）2，其具有强氧化性，可将I－氧化，D项正确。
2．（2021·成都实验中学高二上期中）深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根腐蚀，其电化学腐蚀原理如下图所示，下列与此原理有关的说法错误的是（ ）。

A．正极反应：SO42－+5H2O+8e－＝HS－+9OH－
B．输送暖气的管道不易发生此类腐蚀
C．这种情况下，Fe腐蚀的最终产物为Fe2O3·xH2O
D．管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀
【解析】选C。原电池的正极发生还原反应，由图示可知发生的电极反应为SO42－+5H2O+8e－＝HS－+9OH－，A正确；硫酸盐还原菌是蛋白质，在高温下易变性，失去催化作用，则输送暖气的管道不易发生此类腐蚀，B正确；由图示可知，Fe腐蚀的最终产物为FeO，C错误；管道上刷富锌油漆，形成Zn－Fe原电池，Fe为正极，可以延缓管道的腐蚀，D正确。
3．青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀原理如图所示：多孔催化层中的Cl－扩散到孔口，与电极产物作用生成多孔粉状锈Cu2（OH）3Cl，下列说法正确的是（ ）。

A．此过程为电化学腐蚀中的析氢腐蚀
B．电极b发生的反应：O2+4e－+2H2O＝4OH－
C．生成Cu2（OH）3Cl的反应：2Cu2++3H2O+Cl－＝Cu2（OH）3Cl↓+3H+
D．若采用牺牲阳极的阴极保护法保护青铜器是利用了电解的原理
【解析】选B。根据图知，氧气得电子生成氢氧根离子、Cu失电子生成铜离子，发生吸氧腐蚀，A不正确；氧气在正极得电子生成氢氧根离子电极反应式为：O2+4e－+2H2O＝4OH－，B正确；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，负极上生成铜离子、正极上生成氢氧根离子，所以该离子反应为氯离子、铜离子和氢氧根离子反应生成Cu2（OH）3Cl沉淀，离子方程式为2Cu2++3OH－+Cl－＝Cu2（OH）3Cl↓，C不正确；牺牲阳极的阴极保护法是利用了原电池的原理，D不正确。
4．在一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如表所示，下列说法正确的是（ ）。
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2+
Fe3O4
Fe2O3
FeO2－
A．当pH＜6.5时，碳钢主要发生化学腐蚀
B．当pH＜4和pH＞13.5时，碳钢主要发生析氢腐蚀
C．pH越大，碳钢的腐蚀速率越慢
D．pH＝14时，负极反应为4OH－+Fe－3e－＝FeO2－+2H2O
【解析】选D。当pH＜4时，碳钢主要发生化学腐蚀，当4＜pH＜6.5时，主要发生电化学腐蚀，A不正确；当pH＜4时，碳钢主要发生析氢腐蚀，当pH＞13.5，碳钢主要发生吸氧腐蚀，B不正确；从表中信息可以得出，pH在6~8之间时，碳钢的腐蚀速率慢，但pH＞8时，碳钢的腐蚀速率加快，C不正确；pH＝14时，在负极，Fe失电子的产物与OH－反应生成FeO2－等，电极反应式为4OH－+Fe－3e－＝FeO2－+2H2O，D正确。
5．某小组同学研究84消毒液（主要成分为NaClO）对铁的腐蚀作用：将等量的铁钉（铁碳合金）和纯铁粉分别浸没于10mL84消毒液中，记录现象如下：

1小时
2小时
5小时
铁钉
无明显现象
铁钉表面出现少量红褐色物质
铁钉表面“生长”出大量红褐色物质
纯铁粉
无明显现象
无明显现象
无明显现象
下列说法正确的是（ ）。
A．铁钉主要发生的是化学腐蚀
B．铁钉腐蚀后的溶液中c（Cl－）增大
C．铁粉的腐蚀速率慢主要是由于其表面积大
D．84消毒液有强氧化性，因此Fe被腐蚀时发生：Fe－3e－＝Fe3+
【解析】选B。铁钉为铁碳合金，主要发生的是电化学腐蚀，A说法错误；铁钉腐蚀后，次氯酸根离子生成为氯离子，溶液中c（Cl－）增大，B说法正确；铁粉的腐蚀速率慢主要是铁粉与次氯酸钠不发生化学腐蚀，C说法错误；84消毒液有强氧化性，铁钉发生电化学腐蚀，Fe失电子生成亚铁离子，电极反应式为Fe－2e－＝Fe2+，D说法错误。
6．在潮湿的深层土壤中，钢管主要发生厌氧腐蚀，有关厌氧腐蚀的机理有多种，其中一种理论为厌氧细菌可促使SO42－与H2反应生成S2－，加速钢管的腐蚀，其反应原理如图所示。下列说法正确的是（ ）。

A．正极的电极反应式为O2+4e－+2H2O4OH－
B．钢管腐蚀的直接产物中含有FeS、Fe（OH）2
C．SO42－与H2的反应可表示为4H2+SO42－－8e－S2－+4H2O
D．在钢管表面镀锌或铜可减缓钢管的腐蚀
【解析】选B。由题图可知，H2O生成H2，H的化合价降低，得电子，故正极的电极反应式为2H2O+2e－H2↑+2OH－，A项错误。反应生成的OH－、S2－与Fe2+可生成Fe（OH）2、FeS，B项正确。根据题中所给信息可知，SO42－与H2反应生成S2－，根据元素守恒可知，生成物中还有H2O，故反应式为4H2+SO42－S2－+4H2O，C项错误。钢管表面镀锌，锌会与铁形成原电池，锌比铁活泼，铁作正极，可减缓钢管的腐蚀；钢管表面镀铜，铜会与铁形成原电池，铁比铜活泼，铁作负极，从而加速钢管的腐蚀，D项错误。
7．（1）某兴趣小组利用如图所示装置进行实验。

闭合K1，U形管内除电极上有气泡外，还可观察到的现象是_____________________；在A注射器收集到的气体是_______，阳极电极反应式为______________。当电路中转移0.001mol电子时，B注射器最多可以收集到气体_______mL（折算为标准状况）。
（2）某兴趣小组利用如图所示装置进行实验，对钢铁的电化学腐蚀原理进行探究。

①首先向锥形瓶内加入铁粉和碳粉的混合物、氯化钠溶液，半分钟后发现U型管内左侧液面高过右侧液面，这现象说明，在中性条件下发生_______腐蚀，请写出该反应的电极反应方程式
负极：_____________________；正极：_____________________。
②清洗锥形瓶后，重新加入铁粉和碳粉的混合物，加入1mol/L醋酸溶液，半分钟后发现U型管内左侧液面高过右侧液面，这一现象说明，前半分钟_______腐蚀占优势，请写出这时正极主要的电极反应方程式_____________________，5分钟后发现U型管内右侧液面高过左侧液面，此时_______腐蚀占据优势，请写出此时正极的电极反应方程式_____________________。
【解析】（1）断开K2、闭合K1，为电解池装置，阳极生成氯气，电极解方程式为2Cl－－2e－＝Cl2，阴极生成氢气和氢氧化镁沉淀，电极方程式为2H++2e－＝H2↑，当电路中转移0.001mol电子时，则可生成0.0005molH2，则体积为11.2mL。（2）①半分钟后发现U型管内左侧液面高过右侧液面，这现象说明钢铁表面的水膜呈中性时构成原电池而发生吸氧腐蚀，钢铁中较活泼金属铁作负极，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为：2Fe－4e－＝2Fe2+；碳作正极，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为：O2+4e－+2H2O＝4OH－；所以总反应为2Fe+2H2O+O2＝2Fe（OH）2；②半分钟后发现U型管内左侧液面高过右侧液面，这一现象说明锥形瓶中压强减小，前半分钟发生吸氧腐蚀，这时正极主要的电极反应方程式为O2+4e－+4H+＝2H2O，5分钟后发现U型管内右侧液面高过左侧液面，说明锥形瓶中压强增大，有气泡冒出，此时发生析氢腐蚀，此时正极的电极反应方程式为2H++2e－＝H2↑。
【答案】（1）有白色沉淀生成；氯气；2Cl－－2e－＝Cl2↑；11.2
（2）①吸氧；2Fe+2H2O+O2＝2Fe（OH）2；2Fe－4e－＝2Fe2+；
O2+4e－+2H2O＝4OH－②吸氧；O2+4e－+4H+＝2H2O；析氢；2H++2e－＝H2↑
8．（2021~2022学年安徽马鞍山高二下学期期末检测）中国传统的农具、兵器曾大量使用铁，铁器的修复是文物保护的重要课题。

战国时期的铁制农具
（1）潮湿环境中，铁器发生电化学腐蚀的负极反应式是_______________。
（2）铁器表面氧化层的成分有多种，性质如下：
成分
Fe3O4
FeO（OH）
FeOCl
性质
致密
疏松
疏松
①Fe（OH）2被空气氧化为Fe3O4的化学方程式是_________________。
②在有氧条件下，Fe3O4在含Cl－溶液中会转化为FeOCl，将相关反应的离子方程式补充完整：
4Fe3O4+O2++H2O＝FeOCl+
（3）化学修复可以使FeOCl转化为Fe3O4致密保护层：用Na2SO3和NaOH混合溶液浸泡锈蚀的铁器，一段时间后取出，再用NaOH溶液反复洗涤。
①FeOCl在NaOH的作用下转变为FeO（OH），推测溶解度FeOCl_____FeO（OH）（填“＞”或“＜”）。
②Na2SO3的作用是___________________。
③检验FeOCl转化完全的操作和现象是___________________。
【解析】（1）钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为：Fe－2e－＝Fe2+；（2）①Fe（OH）2被空气氧化为Fe3O4的化学方程式是：6Fe（OH）2+O2＝2Fe3O4+6H2O；②Fe3O4在含Cl－溶液中会转化为FeOCl，Fe元素化合价升高，O元素化合价降低，根据得失电子守恒和原子守恒可以配平方程式为：4Fe3O4+O2+12Cl－+6H2O＝12FeOCl+12OH－；（3）①FeOCl在NaOH的作用下转变为FeO（OH），根据沉淀转化的规律：溶解度小的转化为溶解度更小的，可知溶解度FeOCl＞FeO（OH）；②FeOCl转化为Fe3O4的过程中，Fe元素化合价上升作氧化剂，则Na2SO3的作用是：作还原剂，将FeOCl还原为Fe3O4；③FeOCl转化完全则溶液中存在大量氯离子，取最后一次的洗涤液于试管中，加入HNO3酸化，再加入AgNO3溶液，无白色沉淀产生，证明FeOCl转化完全。
【答案】（1）Fe－2e－＝Fe2+
（2）①6Fe（OH）2+O2＝2Fe3O4+6H2O②12，Cl－，6，12，12，OH－
（3）①＞；②作还原剂，将FeOCl还原为Fe3O4；③取最后一次的洗涤液于试管中，加入HNO3酸化，再加入AgNO3溶液，无白色沉淀产生，证明FeOCl转化完全