高中化学人教版 (2019)选择性必修1第三节 金属的腐蚀与防护一课一练

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金属的腐蚀与防护(40分钟　70分)一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分)1．港珠澳大桥的设计使用寿命高达120年，主要的防腐方法有：①钢梁上安装铝片；②使用高性能富锌(富含锌粉)底漆；③使用高附着性防腐涂料；④预留钢铁腐蚀量。下列分析不合理的是(　　)A．防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率B．防腐过程中铝和锌均作为牺牲阳极，失去电子C．钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋D．方法①②③只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除【解析】选C。大桥是铁的合金材料，表面接触空气、水蒸气，易形成原电池，防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率，故A正确； 铝和锌的金属活动性大于铁，故铁腐蚀过程中铝和锌均作为牺牲阳极，失去电子，保护了铁，故B正确；钢铁发生吸氧腐蚀时，铁作负极，失电子发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故C错误；铁的生锈发生的是电化学腐蚀，方法①②③只能减缓钢铁腐蚀，不能完全消除铁的腐蚀，故D正确。2．(2021·临汾高二检测)下列关于金属腐蚀和保护的说法正确的是(　　)A．牺牲阳极法利用电解法原理B．金属的化学腐蚀的实质是M－ne－===Mn＋，电子直接转移给还原剂C．外加电流法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近于零D．铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时正极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑【解析】选C。牺牲阳极法利用原电池原理，用较活泼的金属作负极先被氧化，故A错误；金属的化学腐蚀的实质是金属作还原剂M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂，故B错误；外加电流法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近于零，故C正确；铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时，铜作负极，碳正极的电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故D错误。3．埋在地下的铸铁输油管道，在下列各种情况下，被腐蚀速率最慢的是(　　)A．在潮湿疏松的碱性土壤中B．在含铁元素较多的酸性土壤中C．在干燥致密不透气的土壤中D．在含碳较多，潮湿透气的中性土壤中【解析】选C。潮湿疏松的土壤中，铁容易和氧气、水接触，腐蚀较快，A错误；酸性条件下腐蚀较快，B错误；干燥致密不透气的土壤，水、氧气较少，腐蚀最慢，C正确；在含碳较多的潮湿透气的中性土壤中，容易形成原电池，铁腐蚀最快，D错误。4．下列关于如图所示的实验装置的判断中错误的是(　　)A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀B．若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀C．若X为锌棒，开关K置于B处时，为牺牲阳极法D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑【解析】选D。若X为碳棒，开关K置于A处，Fe作电解池的阴极，属外加电流法，A项正确；若X为碳棒，开关K置于B处，Fe作原电池的负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，D项不正确；若X为锌棒，K置于A处，Fe作电解池的阴极，属外加电流法，K置于B处时，Fe作原电池的正极，属牺牲阳极法，B项和C项均正确。5．全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的是(　　)A．酸性土壤中的钢铁主要发生吸氧腐蚀B．金属棒M的材料应该是比铁活泼的金属C．金属棒M上发生反应：M－ne－===Mn＋D．这种方法称为牺牲阳极法【解析】选A。钢铁中含有碳的小颗粒，在潮湿的酸性土壤中形成原电池，发生析氢腐蚀，A错误；当金属棒M的活动性大于Fe时，M作负极，Fe作正极免受腐蚀，B正确；M作负极，发生失电子反应：M－ne－===Mn＋，C正确；较活泼的M作负极发生氧化反应，Fe作正极，受到保护，称为牺牲阳极法，D正确。6．铁生锈是一种常见的自然现象，其主要化学反应方程式为4Fe＋3O2＋xH2O===2Fe2O3·xH2O。如图为一放在水槽中的铁架，水位高度如图所示。最容易生锈的铁架横杆是(　　)A.①　　　　B．②　　　　C．③　　　　D．④【解析】选C。铁的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀，后者是铁腐蚀的主要原因。电化学腐蚀中最常见的是在中性和弱酸性条件下的吸氧腐蚀，图中③处接触空气最多且与水接触，最符合吸氧腐蚀发生的条件，所以腐蚀最快。④处不存在电解质溶液，只能发生化学腐蚀，①②处接触溶液中含氧量少，吸氧腐蚀机会也少。7．(双选)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)，下列叙述正确是(　　)A.a中铜丝附近呈现红色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】选A、B。两者都能形成原电池，发生类似铁的吸氧腐蚀。a中铁钉是负极，发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，铜丝是正极发生还原反应，发生的反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，正极附近显碱性，呈红色，A正确，C错误；b中铝条是负极发生氧化反应，不会有气泡生成，铁钉是正极发生还原反应，D错误，B正确。8．(双选)氯盐可导致混凝土中的钢筋腐蚀。为防止混凝土中的钢筋腐蚀，可在混凝土表面敷置一定电解质溶液并将惰性金属导电网浸泡其中，惰性金属导电网与钢筋分别连接外部直流电源从而除去Cl－，装置如图，下列说法错误的是(　　)A.钢筋接电源的正极B．金属导电网上发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑C．混凝土中的钙离子向钢筋方向移动D．电解一段时间后钢筋附近溶液的pH减小【解析】选A、D。由Cl－移动的方向可知钢筋接电源的负极，故A错误；金属导电网为阳极，发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故B正确；混凝土一端为阴极，钙离子为阳离子，所以向钢筋方向移动，故C正确；钢筋附近发生的电极反应为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以电解一段时间后钢筋附近溶液的pH增大，故D错误。9．镀锌铁在发生析氢腐蚀时，若有0.2 mol电子发生转移，下列说法正确的是(　　)①有5.6 g金属被腐蚀②有6.5 g金属被腐蚀③在标准状况下有2.24 L气体放出④在标准状况下有1.12 L气体放出A．①②    B．②③    C．①④    D．③④【解析】选B。镀锌铁发生电化学腐蚀，活泼性强的锌作负极：Zn－2e－===Zn2＋，有0.2 mol电子转移，有0.1 mol Zn溶解，在正极上：2H＋＋2e－===H2↑，生成0.1 mol H2，B正确。10．根据如图实验装置判断，下列说法正确的是(　　)A.该装置能将电能转化为化学能B．活性炭为正极，其电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑C．电子从铝箔流出，经电流计、活性炭、滤纸回到铝箔D．装置内总反应方程式：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3【解析】选D。该装置是将化学能转化为电能的装置，为原电池，A错误；活性炭作正极，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B错误；铝作负极，电子从负极铝经导线流向活性炭，不经过滤纸，滤纸内依靠离子的移动构成电流回路，C错误；负极电极反应式：Al－3e－===Al3＋，正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，总反应方程式：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3，D正确。二、非选择题(本题包括2小题，共20分)11．(10分)下图所示的是某研究性学习小组探究金属腐蚀条件的实验装置图，试分析实验并回答下列问题：(1)若起始时甲、乙、丙三套装置的导管中液面高度相同，过一段时间后液面最高的是____________。铁粉腐蚀的速率由大到小的排列顺序为(用甲、乙、丙填写)________。(2)通过甲、乙装置的对比说明钢铁中碳的含量越________(填“高”或“低”)越易腐蚀。(3)乙装置中发生电化学腐蚀时正极的电极反应式为________。(4)针对乙、丙装置研究的结果分析，可采用何种防护措施来减缓金属的腐蚀：______________________________________________(写出一点即可)。【解析】铁粉、炭粉、食盐水构成原电池，发生吸氧腐蚀，故乙中液面最高；甲中铁粉也能发生吸氧腐蚀，但由于C的含量少，故不如乙中Fe腐蚀得快，丙中乙醇为非电解质，铁粉、炭粉不形成原电池，Fe受到保护，故可把金属放在油脂或有机溶剂中进行防护。答案：(1)乙　乙>甲>丙　(2)高　(3)2H2O＋O2＋4e－===4OH－　(4)将金属放在油脂或有机溶剂中12．(10分)某研究小组对铁生锈进行研究。(1)甲同学设计了A、B、C实验(如图)，探究铁生锈的条件。经过较长时间后，甲同学观察到的现象是A中铁钉生锈；B中铁钉不生锈；C中铁钉不生锈。①通过上述实验现象分析，可得出铁生锈的外部条件是__________________________；②铁钉发生电化学腐蚀的正极电极反应式为____________________________；③实验B所用的水要经过________处理；植物油的作用是____________________________；④实验C中碱石灰的作用是_________________________________________。(2)乙同学为了达到同样目的，设计了实验D(如图)，发现一段时间后，试管中的液面升高，其原因是____________________________________________，该实验______(填“能”或“不能”)说明水对铁钉生锈产生影响。【解析】铁在潮湿环境下形成原电池，发生电化学腐蚀。B试管用植物油防止氧气与铁接触，则说明O2是影响生锈的一个重要因素。C中的现象说明，潮湿是铁生锈的另一个重要因素。D中既有空气又有水分存在，不能确定是哪种因素对铁钉生锈产生的影响。答案：(1)①有水(或电解质溶液)和氧气(或空气)②O2＋4e－＋2H2O===4OH－③煮沸(或“除去氧气”)　隔绝空气(或“防止氧气与铁接触”)　④吸收水蒸气(或“干燥”、“保持试管内干燥环境”)(2)铁的腐蚀要吸收氧气(或“消耗了氧气”)使气体体积减小　不能(20分钟　30分)一、选择题(本题包括2小题，每小题5分，共10分)1．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，发生的电极反应式为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】选B。b环是因液滴吸收氧气构成的原电池反应形成，b处应是正极，发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，而a处铁被氧化而腐蚀，反应为Fe－2e－===Fe2＋，B正确，C错误；为保持电荷守恒，液滴中的Cl－由b区向a区迁移，A错误；改用铜钉时，铁的金属活动性强于铜的，在两者构成的原电池中，铜是正极，铁是负极，D错误。2．(双选)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。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．青铜器发生电化学腐蚀，图中c作负极，被氧化B．负极发生的电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－C．环境中的Cl－与正、负两极反应的产物作用生成a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【解析】选B、D。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，则图中c处铜作负极，被氧化，故A正确；氧气在正极得电子生成氢氧根离子是正极反应，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故B错误；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↓，故C正确；根据转移电子得n(O2)＝＝0.2 mol，未指明标准状态，无法计算体积，故D错误。二、非选择题(本题包括2小题，共20分)3．(10分)回答下列问题：(1)如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。①该电化学腐蚀称为________________________。②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是____________________(填字母)。③以锌为负极，采用牺牲阳极法防止铁闸的腐蚀，图中锌块的固定位置最好应在______处(填字母)。(2)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注：(3)图示的各容器中均盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是____________。(4)如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中，下列分析正确的是______(填字母)。A.K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极法D．K2闭合，电路中通过0.002 NA个电子时，两极共产生0.001 mol气体【解析】(1)①金属在中性或较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。②发生吸氧腐蚀，越靠近液面接触到的O2越多，腐蚀得越严重。③锌块应固定在腐蚀最严重的C处形成原电池，锌作负极，铁闸作正极，得到保护。(2)要用石墨通过电化学腐蚀保护铜，只能用电解池原理，碳接电源正极，铜接电源负极。(3)当电解质溶液相同时，同一金属腐蚀的快慢是电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。故本题中，铁腐蚀由快到慢的顺序为④>②>①>③。(4)A项，K1闭合时，该装置构成了Fe­C­NaCl溶液原电池，铁作负极，发生氧化反应，电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋；B项，石墨棒作正极，发生的电极反应式是2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故石墨棒周围溶液pH逐渐升高；C项，K2闭合时，该装置构成了Fe­C­NaCl外加电源的电解池，石墨棒作阳极，Fe作阴极而不被腐蚀，该方法称为外加电流的阴极保护法；D项，K2闭合时，阳极的电极反应式是2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极的电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，所以当电路中通过0.002 NA个即0.002 mol电子时，生成H2和Cl2的物质的量均为0.001 mol，则两极共产生0.002 mol气体。答案：(1)①吸氧腐蚀　②B　③C(2)(3)④>②>①>③　(4)B4．(10分)如图所示a为生铁，A烧杯中为酒精，B烧杯中为1 mol·L－1的稀硫酸，C烧杯中为海水。(1)B中Pt极的电极反应式为_____________________________________________。(2)C中Cu极的电极反应式为________________________________________________。(3)比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是______________________。(4)要使B中的铁难被腐蚀，可将B中的稀硫酸改为__________________(填一种物质即可)。【解析】B、C装置均形成原电池。(1)B中铁为负极，在酸性溶液中发生析氢腐蚀，Pt极为正极，电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑。(2)C中Cu极是正极，发生吸氧腐蚀，Cu极发生还原反应，电极反应式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。(3)由于Fe与Pt的活动性差距比Fe与Cu大，B中反应速率快，而A中物质是酒精，铁不易被腐蚀，腐蚀速率由快到慢的顺序是B>C>A。(4)要使B中的铁难被腐蚀，可将B中的稀硫酸改为非电解质溶液，如酒精、苯、四氯化碳等。答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑(2)2H2O＋O2＋4e－===4OH－(3)B>C>A(4)酒精(苯、四氯化碳等)