化学选修1 化学与生活第三章 探索生活材料第二节 金属的腐蚀和防护课后作业题

第一课时　金属的腐蚀

课时演练·促提升

A组

1.下列说法正确的是(　　)

A.钢铁因含杂质而容易发生电化学腐蚀,所以合金都不耐腐蚀

B.原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因,故不能用原电池反应来减缓金属的腐蚀

C.钢铁电化学腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的pH不同,但引起的正极反应相同

D.无论哪种类型的腐蚀,其本质都是金属被氧化

解析:金属的腐蚀就是金属失电子而被氧化的过程,D正确;依据电化学腐蚀中析氢腐蚀和吸氧腐蚀的原理可知,C不正确;原电池反应既可以加快金属的腐蚀,也可用于防止金属的腐蚀,例如镀锌铁中的Fe不易腐蚀,B不正确;如不锈钢不易被腐蚀,A不正确。

答案:D

2.铁生锈是一种常见的自然现象,其主要的化学反应方程式为4Fe+3O2+2xH2O2Fe2O3·xH2O。如图为一放在水槽中的铁架,水位高度如右图所示。最容易生锈的铁架横杆是(　　)

A.① B.②

C.③ D.④

解析:③处O2充足且潮湿,腐蚀最快。

答案:C

3.如图所示,将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中,再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液,冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)。下列叙述正确的是(　　)

A.a中铁钉附近呈现红色

B.b中铁钉上发生还原反应

C.a中铜丝上发生氧化反应

D.b中铝条附近有气泡产生

解析:上述两个装置都构成原电池,发生吸氧腐蚀,a中铁为负极,发生Fe-2e-Fe2+,铜为正极,发生O2+2H2O+4e-4OH-的还原反应,b中Al为负极,发生Al-3e-Al3+,铁为正极,发生O2+2H2O+4e-4OH-的还原反应。

答案:B

4.钢铁发生吸氧腐蚀时,发生还原反应的电极反应式是 (　　)

A.Fe-2e-Fe2+

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

C.2H++2e-H2↑

D.4OH--4e-O2↑+2H2O

解析:钢铁发生吸氧腐蚀时,负极发生氧化反应:Fe-2e-Fe2+,正极发生还原反应:O2+2H2O+4e-4OH-。

答案:B

5.铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示,下列有关说法中,正确的是(　　)

A.此过程中铜会被腐蚀

B.此过程中还涉及反应:4Fe+3O22Fe2O3,从而形成铁锈

C.正极电极反应式为2H++2e-H2↑

D.此过程中电子从Fe移向Cu

解析:因铁的活动性强于铜的,所以铁作负极被腐蚀,失电子被氧化成Fe2+,铜作正极,空气中的氧气被还原生成OH-。

答案:D

6.铁棒与石墨用导线连接之后,浸入0.01 mol·L-1的食盐溶液中,可能出现的现象是(　　)

A.铁棒附近产生OH-

B.铁棒被腐蚀

C.石墨棒上放出Cl2

D.石墨棒上放出O2

解析:铁棒和石墨相连放入氯化钠溶液中之后,形成Fe-C原电池,负极反应为FeFe2++2e-,电子经导线转移到C棒上,氯化钠溶液呈中性,主要发生吸氧腐蚀:O2+2H2O+4e-4OH-,C棒附近产生OH-。

答案:B

7.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因发生还原反应而被腐蚀,生成的Fe2+由a区向b区迁移,与b区的OH-形成Fe(OH)2,进一步氧化、脱水形成铁锈

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+

解析:本题考查钢铁的吸氧腐蚀知识。液滴边缘O2多,在碳粒上发生的是正极反应:O2+2H2O+4e-4OH-;液滴下的Fe发生负极反应:Fe-2e-Fe2+[为腐蚀区(a)],是氧化反应,C项错误;在液滴外沿,由于Fe2++2OH-Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,进而形成了棕色铁锈Fe2O3·nH2O[为铁锈环(b)];若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板,在铜铁接触处滴加NaCl溶液,由于Fe的金属活动性比铜强,Fe仍为负极,负极发生的电极反应为Fe-2e-Fe2+,D项错误;根据在原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极的规律,Cl-应由b区向a区迁移,A项错误。

答案:B

8.将铁棒插入CuSO4溶液中,如右图所示。请回答相关问题:

(1)一段时间后,可观察到的实验现象是　　　　　　　　　　　　　,发生反应的离子方程式是　。 

(2)要使图中的铁棒逐渐溶解而铜不在铁棒上析出,可以设计的实验是　。 

(3)要使右图中的铁棒上逐渐析出铜,而且铁棒不消耗,可以设计的实验是　。 

解析:(2)将(1)中反应在两极上进行,设计成原电池,且另一电极的活泼性比铁差;(3)设计成原电池,铁的活泼性比另一种金属差。

答案:(1)铁棒表面有红色固体析出,溶液颜色变浅　Fe+Cu2+Fe2++Cu

(2)找一种比铁不活泼的金属(如Cu)或非金属(如C)与铁棒用导线相连(或直接接触)插入该溶液中构成原电池

(3)找一种比铁活泼的金属(如Al)与铁棒接触(或用导线连接),插入溶液中构成原电池

9.铝具有密度小、导电性优良、易于成型、成本低廉等特点,在生产、生活中应用广泛。

(1)电工操作中规定,不宜把铜线和铝线拧在一起连接线路,其原因是　。 

(2)铝制饭盒盛放醋,一段时间后饭盒被腐蚀,该腐蚀属　　　　腐蚀,相应的化学方程式为　　　　　　　　　　　。如盛放烧碱等碱性溶液被腐蚀,有关的离子方程式为　　　　　　　　。如盛放食盐(含少量CaCl2杂质),一段时间后变得潮湿,原因是　　　　　　　　　　　　,而且铝饭盒也会被腐蚀,发生　　　　腐蚀,有关电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

解析:(1)铜、铝接触,在电解质溶液存在时,易发生原电池反应,铝比铜活泼,为原电池负极,很容易被腐蚀,故接线时不能将铜线、铝线拧在一起。

(2)铝与浓度较大的酸碱溶液接触时主要发生化学腐蚀;铝制饭盒盛放食盐,因杂质CaCl2易吸水潮解,一段时间后会变潮,铝制饭盒会发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀,Al被氧化,空气中的O2被还原。

答案:(1)在潮湿的空气中,导线表面易形成水膜,铜线与铝线接触处能形成原电池,铝比铜活泼,作负极,被腐蚀而断路　(2)化学　2Al+6CH3COOH2Al(CH3COO)3+3H2↑　2Al+2OH-+2H2O2Al+3H2↑　发生潮解　电化学(或吸氧)　负极:Al-3e-Al3+;正极:2H2O+O2+4e-4OH-

B组

1.美国的自由女神像历来被认为是美国民主自由的象征。但由于长期存在于潮湿环境中,女神的铜外壳与雕像内支撑它的铁支架已丧失了隔离作用,导致铁支架一层又一层地锈蚀,松蓬的氧化铁使支架体积膨胀,铆固的支架被撑断。对产生此现象的原因解释不正确的是(　　)

A.氧化铁的形成主要是因为铁铜及周围介质构成原电池导致的

B.生锈过程中可能发生的反应有:4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3

C.氧化铁的形成是因为铁与O2发生化学腐蚀

D.若是在干燥的环境中,“女神”可能会在更长时间内保持“健康状态”

解析:铁、铜作为活动性不同的两个电极,周围介质作为电解质溶液,构成无数微小的原电池导致的,A项正确;该反应是原电池总反应的后续反应,B项正确;氧化铁是电化学腐蚀后,由氢氧化铁分解生成的,而非铁与O2发生化学腐蚀所致,C项错误;干燥的环境会破坏原电池构成的基本条件,使女神像在更长时间内保持“健康状态”,D项正确。

答案:C

2.钢铁生锈过程发生如下反应:①2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2;②4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3;③2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O。下列说法正确的是(　　)

A.反应①②中电子转移数目相等

B.反应①中氧化剂是氧气和水

C.与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀

D.钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀

解析:①②反应中消耗O2的量相等,两个反应也仅有O2作氧化剂,故转移电子数是相等的,A项正确;①中H2O的H、O两种元素的化合价没有变,故不作氧化剂,B项错误;铜和铁构成原电池,腐蚀加快,C项错误;钢铁中含铁和碳,在潮湿的空气中易发生吸氧腐蚀,属于电化学腐蚀,D项错误。

答案:A

3.如图装置中,小试管内为红墨水,带有支管的U形管中盛有pH=4的雨水和生铁片。经观察,装置中有如下现象:开始时插在小试管中的导管内的液面下降,一段时间后导管内的液面上升,略高于U形管中的液面。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,生铁片始终发生析氢腐蚀

C.墨水液面回升时,正极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-

D.U形管中溶液pH逐渐减小

解析:铁发生电化学腐蚀时铁作负极、碳作正极。反应开始时导气管内液面下降,说明有气体生成,发生析氢腐蚀;一段时间后液面上升,说明有气体被吸收,发生吸氧腐蚀。A、B、D错误,C正确。

答案:C

4.如图装置中,U形管内为红墨水,a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液,各加入生铁块,放置一段时间。下列有关描述错误的是(　　)

A.生铁块中的碳是原电池的正极

B.红墨水柱两边的液面变为左低右高

C.两试管中相同的电极反应式是Fe-2e-Fe2+

D.a试管中发生了吸氧腐蚀,b试管中发生了析氢腐蚀

解析:生铁中的主要元素为Fe与C,发生电化学腐蚀时,Fe为负极,反应为Fe-2e-Fe2+,C为正极。a试管中电解质溶液为中性溶液,发生吸氧腐蚀,试管内气体减少,b试管中电解质溶液为酸性溶液,发生析氢腐蚀,试管内气体增加,引起U形管中红墨水左高右低。

答案:B

5.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 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烧杯中潮湿的铁丝表面依然光亮。

(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　。 

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,说明O2浓度是影响生锈快慢的一个重要因素。

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)同时与O2和水接触

6.铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。

(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式:　　　　　　　　　　　　。 

(2)若将(1)中的反应设计成原电池,请画出原电池的装置图,标出正、负极,并写出电极反应式。

正极反应式为　; 

负极反应式为　。 

(3)腐蚀铜板后的混合溶液中,若Cu2+、Fe3+和Fe2+的浓度均为0.10 mol·L-1,请参照下表给出的数据和药品,简述除去CuCl2溶液中Fe3+和Fe2+的实验步骤　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 

(4)某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢,但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从上表提供的药品中选择两种(水可任选),设计最佳实验,验证劣质不锈钢腐蚀。

有关反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　,　　　　　　　　　　　　　　;劣质不锈钢腐蚀的实验现象:　　　　　　　　　　　　　。 

解析:(2)根据氧化还原反应2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+设计原电池,负极发生氧化反应,Cu失电子作负极,正极选择比Cu活动性弱的金属或碳棒,电解质溶液为FeCl3溶液。

(3)根据表中的数据知如用直接沉淀法,Cu2+也被消耗。根据提供的试剂,将Fe2+氧化为Fe3+,再调节溶液的pH,为了不引入新的杂质离子,选择CuO而不选NaOH溶液。

(4)不锈钢的主要成分是Fe,由题中“劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢,但在某些盐溶液中腐蚀现象明显”,再根据提供的试剂可知首先要制备出盐溶液,选择硫酸、CuO制备出硫酸铜溶液,再根据Fe和硫酸铜发生置换反应设计出实验。

答案:(1)2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+

(2)装置如图所示:

2Fe3++2e-2Fe2+　Cu-2e-Cu2+

(3)①通入足量氯气将Fe2+氧化成Fe3+;②加入CuO调节溶液的pH至3.2~4.7;③过滤除去Fe(OH)3

(4)CuO+H2SO4CuSO4+H2O　CuSO4+FeFeSO4+Cu　不锈钢表面有紫红色物质生成