人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第四节 金属的电化学腐蚀与防护优秀精练

4.4 金属的电化学腐蚀与防护

(建议用时：45分钟)

[学业达标]

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．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

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】　金属腐蚀的本质，主要是金属原子失电子被氧化，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、水和其他腐蚀性的物质接触，腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，所以A错误；电化学腐蚀指不纯金属与电解质溶液接触时发生原电池反应而损耗的过程，不需要外加电流，所以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，所以C错误；只有选项D正确。

【答案】　D

2．以下现象与电化学腐蚀无关的是(　　)

A．镀锡铁器比镀锌铁器表面破损时更易被腐蚀

B．纯铁不容易生锈

C．镶有相邻的银牙和金牙容易引起头痛

D．输送氯气的钢管易被氯气腐蚀

【解析】　A项中镀锡铁器表面破损时形成原电池，Fe作负极，易被腐蚀，而镀锌铁器表面破损时形成原电池，Fe作正极，被保护。B项中纯铁不能形成原电池，所以不容易被腐蚀。C项中相邻的银牙和金牙容易形成原电池产生电流，使人头痛恶心。D项中铁和Cl2直接发生反应，为化学腐蚀，与电化学腐蚀无关。

【答案】　D

3．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理，设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是(　　)

A．正极的电极反应方程式为O2＋2H2O＋4e-===4OH-

B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成

C．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈

D．断开连接石墨和铁的导线，铁便不会生锈

【解析】　吸氧腐蚀的正极反应为O2＋4e-＋2H2O===4OH-，A正确；若把石墨改为Mg电极，此时Mg作负极，铁不会失电子，不会有铁锈生成，B正确；若向自来水中加入少量NaCl(s)，溶液中离子浓度增大，腐蚀变快，C正确；若断开导线连接，因铁中含有碳，仍会发生腐蚀，D错误。

【答案】　D

4．如图装置中，U型管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化氢溶液，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．两试管中负极电极反应相同

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】　a、b试管内分别盛有食盐水和氯化氢溶液，各加入生铁块，a、b中均构成原电池，a中发生铁的吸氧腐蚀，气体减少；b中发生铁的析氢腐蚀，气体增多；生铁块中的碳是原电池的正极，故A正确；红墨水柱两边的液面变为左高右低，故B错误；两试管中都是铁为负极，负极电极反应相同，故C正确；a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀，故D正确。

【答案】　B

5．下列哪个装置可防止铁棒被腐蚀(　　)

【解析】　当铁棒作为原电池的正极或作为电解池的阴极时不被腐蚀。

【答案】　B

6．为保护地下钢管不受腐蚀，下列属于牺牲阳极的阴极保护法的是(　　)

A．与石墨棒相连

B．与铜板相连

C．埋在潮湿、疏松的土壤中

D．与锌板相连

【解析】　A项，石墨棒与铁构成原电池，铁活泼失电子作负极，被腐蚀；B项，铜板与铁构成原电池，铁比铜活泼，失电子作负极，被腐蚀；C项，在潮湿、疏松的土壤中，铁与水、空气构成原电池，氧气得电子，铁失电子，被腐蚀；D项，锌板与铁构成原电池，锌比铁活泼，锌失电子作负极，锌被腐蚀，铁被保护。

【答案】　D

7．下列关于牺牲阳极的阴极保护法的叙述正确的是(　　)

A．正极就是阳极

B．负极就是阴极

C．阳极上发生氧化反应

D．正极上发生氧化反应

【解析】　牺牲阳极的阴极保护法就是原电池的负极(阳极)的金属发生氧化反应被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀。

【答案】　C

8．铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法不正确的是

(　　)

A．正极的电极反应式为：2H＋＋2e-===H2↑

B．此过程中还涉及反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3

C．此过程中铜并不被腐蚀

D．此过程中电子从Fe移向Cu

【解析】　该图表示为吸氧腐蚀，其中铁铆钉为负极，电极反应式为Fe-2e-===Fe2＋，铜板为正极，电极反应式为O2＋4e-＋2H2O===4OH-，当形成Fe(OH)2后，还有4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3这个反应，故A项错误，B、C、D三项均正确。

【答案】　A

9．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是(　　)

图1　　　图2　　　　图3　　　　图4

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，插入溶液中的铁棒容易溶解，主要是发生电化学腐蚀

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

【解析】　A项，铁棒越靠近海水液面处腐蚀越严重，因为该处O2浓度最大；B项，铁棒作为电解池的阴极被保护；D项，镁块相当于原电池的负极。

【答案】　C

10．市场上出售的“热敷袋”，其主要成分是铁屑、炭粉、木屑与少量氯化钠、水等。它在使用之前需使塑料袋与空气隔绝。使用时启开塑料袋上的小孔，轻轻揉搓就会发出热量来。当使用完后还会发现有铁锈(Fe2O3的结晶水合物)生成，依上述现象回答：

(1)“热敷袋”放出的热量是利用铁发生了________反应放出热量。

(2)炭粉的主要作用是__________________________________________。

(3)加入氯化钠的作用是________________________________________。

(4)有关的电极反应式：正极________，负极________。

【解析】　根据题意“热敷袋”使用时必须与空气接触，再从主要成分是铁屑、炭粉、木屑与少量氯化钠、水和使用完后发现有铁锈生成可判断出反应原理为铁的吸氧腐蚀。

【答案】　(1)氧化　(2)做正极　(3)做电解质溶液

(4)O2＋2H2O＋4e-===4OH-　2Fe-4e-===2Fe2＋

11. 如图所示，甲、乙两试管中各放一枚铁钉，甲试管为NaCl溶液，乙试管为NH4Cl溶液，数天后观察到的现象是______________________________，甲中正极反应式为___________________________，乙中正极反应式为___________________________，试管中残留气体的平均相对分子质量的变化为：

　甲　 　　乙

甲________，乙________。

【解析】　NaCl溶液为中性溶液，铁钉发生吸氧腐蚀，消耗了氧气，左端气体压强降低，NH4Cl溶液呈酸性，铁钉发生析氢腐蚀，由于产生氢气，右端气体压强增加，所以U形管内的液面左升右降；又因为甲试管中消耗了摩尔质量大的氧气，乙试管中生成了摩尔质量小的氢气，甲、乙两试管中残留气体平均相对分子质量都会减小。

【答案】　U形管内的液面左升右降　O2＋2H2O＋4e-===4OH-　2H＋＋2e-===H2↑　减小　减小

12．A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸，如图所示：

(1)A中反应的离子方程式是______________________________________。

(2)B中Sn极的电极反应式为______________，Sn极附近溶液的pH______(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(3)C中被腐蚀的金属是___________________________________________，

总反应离子方程式是_____________________________________________，

比较A、B、C中铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是________________________________。

【解析】　(1)A中发生Fe与稀硫酸间的置换反应。

(2)B中Sn为正极，H＋放电生成H2：2H＋＋2e-===H2↑，导致Sn附近溶液中c(H＋)减小，pH增大。

(3)C中Zn为负极被腐蚀。

【答案】　(1)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

(2)2H＋＋2e-===H2↑　增大

(3)Zn　Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑　B>A>C

[能力提升]

13．关于下列各装置图的叙述中，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的总反应是：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

【解析】　A项，根据电流方向，a为阳极，b为阴极，粗铜做阳极。B项，装置②的总反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，错误。C项，被保护的金属应做阴极。D项，铁钉所处的环境干燥不被腐蚀。

【答案】　B

14．我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。 如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．腐蚀过程中，负极是c

B．正极反应是O2 ＋ 4e-＋2H2O===4OH-

C．若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为0.224 L(标准状况)

D．环境中的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，其离子方程式为2Cu2＋＋3OH-＋Cl-===Cu2 (OH)3Cl↓

【解析】　根据示意图可知此腐蚀是铜的吸氧腐蚀，铜为负极，即c为负极，故A正确；根据原理示意图，正极是氧气得电子，电极反应式为O2＋2H2O＋

4e-===4OH-，故B正确；n(Cu2(OH)2Cl)＝4.29/214.5 mol＝0.02 mol，根据得失电子数目守恒，n(O2)＝0.02×2×2/4 mol＝0.02 mol，V(O2)＝0.02×22.4 L＝0.448 L，故C错误；负极：Cu-2e-===Cu2＋，正极：O2＋2H2O＋4e-===4OH-，2Cu2＋＋3OH-＋Cl-===Cu2 (OH)3Cl↓，故D正确。

【答案】　C

15．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圈中心区(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处少。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】　由图可知外围腐蚀速率大于中心腐蚀速率，腐蚀区将逐渐变小，铁锈环逐渐向中心扩展，当水蒸发完时电化学腐蚀结束。所以液滴中Na＋、Cl-都是随着腐蚀区的减小由b区向a区移动，故A错；Fe被腐蚀时发生氧化反应，所以C错；改用嵌有铜螺丝钉的铁板，铁仍为负极而被腐蚀，D错。

【答案】　B

16．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)由于与接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于________。能表示其原理的电极反应式为_________________________________

___________________________________________________________________。

(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________。

【解析】　钢铁在潮湿环境下形成原电池，发生电化学腐蚀。在直形管中的实验现象说明，潮湿是铁生锈的必须前提；直形管实验与烧杯实验的对比，则说明O2浓度是影响铁生锈快慢的一个重要因素。

【答案】　(1)电化学腐蚀　负极：Fe-2e-===Fe2＋，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