鲁科版 (2019)选择性必修1第4节 金属的腐蚀与防护课后练习题

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.《本草纲目》中载有一药物,名“铜青”。藏器曰:生熟铜皆有青,即是铜之精华,大者即空绿,以次空青也。铜青则是铜器上绿色者,淘洗用之。时珍曰:近时人以醋制铜生绿,取收晒干货之。后者的反应原理为              (　　)

A.析氢腐蚀　　B.吸氧腐蚀　　C.化学腐蚀　　D.置换反应

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.(2021黑龙江、吉林两省十校联考高二上期中)为了减缓地下钢管的腐蚀,下列措施可行的是              (　　)

A.钢管与锌块相连

B.钢管与铜板相连

C.钢管与铅板相连

D.钢管与直流电源正极相连

5.(2021福建三明一中高二上第一次月考)钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢材大约占世界钢铁年产量的四分之一。

图1

图2

Ⅰ.如图1装置中,U形管内为红墨水,a、b试管内分别盛有氯化铵(显酸性)溶液和食盐水,各加入生铁块,放置一段时间均被腐蚀,这两种腐蚀都属于电化学腐蚀。

(1)红墨水柱两边的液面变为左低右高,则　　　(填“a”或“b”)试管内盛有食盐水。 

(2)b试管中铁发生的是　　　腐蚀。 

Ⅱ.图2都是金属防护的例子。

(3)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率,可以采用图2中甲所示的方法,其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用　　　(从下面选项中选择),此方法叫作　　　　　　保护法。 

A.铜　　B.钠　　C.锌　　D.石墨

(4)图2中乙也可以降低铁闸门腐蚀的速率,其中铁闸门应该连接在直流电源的　　　极。 

(5)采取图2中的两种方法,采用　　　(填“甲”或“乙”)种方法能使铁闸门保护得更好。 

题组三　金属腐蚀速率大小的比较

6.如图各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是 (　　)

A.③>②>④>①　　　　B.④>②>①>③

C.②>①>③>④　　　　D.④>②>③>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.(2021北京一零一中学高二上期中,)用如图所示装置及试剂进行铁的电化学腐蚀实验探究,测定具支锥形瓶中压强随时间变化关系以及溶解氧随时间变化关系的曲线如下。下列说法不正确的是              (深度解析)

A.压强增大主要是因为产生了H2

B.整个过程中,负极电极反应为Fe-2e- Fe2+

C.pH=4.0时,不发生析氢腐蚀,只发生吸氧腐蚀

D.pH=2.0时,正极电极反应为2H++2e- H2↑和O2+4e-+4H+ 2H2O

题组二　金属的防护

3.(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

4.(2020重庆育才中学高二上期中,)铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中,形成一层酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀,示意图如下。

下列说法不正确的是 (　　)

A.腐蚀过程中铜极上始终只发生:2H++2e- H2↑

B.若水膜中溶有食盐将加快铁铆钉的腐蚀

C.若在金属表面涂一层油脂能防止铁铆钉被腐蚀

D.若将该铜板与直流电源的负极相连,则铁、铜均难被腐蚀

5.(2021北京朝阳高三上期中,)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。

(1)潮湿环境中,铁器发生电化学腐蚀的负极反应是　　　　　　　　　　　　。 

(2)铁器表面氧化层的成分有多种,性质如下:

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　　　(填“>”或“<”)FeO(OH)。 

②Na2SO3的作用是　。 

③检验FeOCl转化完全的操作和现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　。 

题组三　金属腐蚀与防护的综合运用

6.(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X)。

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Y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　“近时人以醋制钢生绿,取收晒干货之”,是指铜在弱酸条件下发生了吸氧腐蚀,故选B。

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中的铁钉与挥发出的HCl反应生成H2,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.A　钢管与锌块相连构成原电池,锌块为负极,钢管为正极,所以钢管被保护,能减缓钢管的腐蚀,故A正确;钢管与铜板相连构成原电池,钢管为负极,铜板为正极,加快钢管的腐蚀,故B错误;钢管与铅板相连构成原电池,钢管为负极,加快钢管的腐蚀,故C错误;钢管与直流电源正极相连时,作阳极,加快钢管的腐蚀,故D错误。

5.答案　(1)b　(2)吸氧　(3)C　牺牲阳极　(4)负　(5)乙

解析　(1)红墨水柱两边的液面变为左低右高,则a试管中发生析氢腐蚀,b发生吸氧腐蚀,所以b试管中盛有食盐水。(2)b试管中铁发生的是吸氧腐蚀。(3)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率,可以让金属铁作原电池的正极,其中焊接在铁闸门上的固体材料R应是比金属铁的活泼性强的金属,钠不能做电极材料,所以选锌,此方法叫作牺牲阳极保护法。(4)电解池的阴极材料被保护,为降低铁闸门的腐蚀速率,铁闸门应该连接在直流电源的负极。(5)因为采用电解池保护比原电池保护更好,所以乙种方法能使铁闸门保护得更好。

6.B　根据题图可知,①发生化学腐蚀,速率较慢,②③装置是原电池,在③中锌比铁活泼,金属铁为正极受保护,腐蚀速率最慢,②中金属铁比锡活泼,金属铁为负极,④装置是电解池,金属铁为阳极,腐蚀速率最快,所以腐蚀速率:④>②>①>③,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,则不能计算消耗氧气的体积,D错误。

2.C　pH=2.0的溶液,酸性较强,因此具支锥形瓶中的Fe粉发生析氢腐蚀,产生氢气,导致具支锥形瓶内压强增大,故A正确;具支锥形瓶中的Fe粉、C粉、酸溶液构成了原电池,Fe作负极,发生的电极反应为Fe-2e- Fe2+,故B正确;若pH=4.0时只发生吸氧腐蚀,那么具支锥形瓶内的压强会下降,而图中pH=4.0时,具支锥形瓶内的压强几乎不变,说明除了吸氧腐蚀,Fe粉还发生了析氢腐蚀,故C不正确;由图可知,pH=2.0时,具支锥形瓶内的溶解氧减少,说明发生了吸氧腐蚀,同时具支锥形瓶内的压强增大,说明也发生了析氢腐蚀,所以正极反应为2H++2e- H2↑、O2+4e-+4H+ 2H2O,故D正确。

名师点睛

Fe在酸性较强的环境下会发生析氢腐蚀,产生氢气;若介质的酸性很弱或呈中性、碱性,并且有氧气参与,此时Fe会发生吸氧腐蚀,吸收氧气。

3.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,粗铜作阳极,纯铜作阴极,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。

4.A　根据题图可知,左侧Cu上发生吸氧腐蚀,右侧Cu上发生析氢腐蚀,则右侧铜极上的反应是2H++2e- H2↑,左侧铜极上的反应是O2+4e-+4H+ 2H2O,A错误;若水膜中溶有食盐,溶液的导电性增强,将加快铁铆钉的腐蚀,B正确;在金属表面涂一层油脂,能使金属与氧气和水隔离,不能构成原电池,所以能防止铁铆钉被腐蚀,C正确;若将该铜板与直流电源的负极相连,作阴极,铁、铜均受到保护而不易被腐蚀,D正确。

5.答案　(1)Fe-2e- Fe2+

(2)①6Fe(OH)2+O2 2Fe3O4+6H2O　②12Cl-　6　12　12OH-

(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

解析　(1)铁器发生电化学腐蚀时,铁是负极,发生氧化反应,负极反应是Fe-2e- Fe2+。

(2)①Fe(OH)2被空气中的氧气氧化生成四氧化三铁和水,反应的化学方程式为6Fe(OH)2+O2 2Fe3O4+6H2O。②该反应的离子方程式为4Fe3O4+O2+12Cl-+6H2O 12FeOCl+12OH-。

(3)①化学反应中,一般溶解度小的物质转化为溶解度更小的物质,由FeOCl在NaOH的作用下转变为FeO(OH),可知FeOCl的溶解度大于FeO(OH)。②Na2SO3具有还原性,可将FeOCl还原为Fe3O4。③检验FeOCl转化完全可检验Cl-,操作和现象是: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。

6.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根据电池总反应分析,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,被保护,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)为减缓钢铁的腐蚀,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装置中阳极上铁失去电子,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。