高中化学人教版 (2019)选择性必修1第三节 金属的腐蚀与防护习题

这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第三节 金属的腐蚀与防护习题，共12页。

1.2022年6月17日上午11时,我国第三艘航母“中国人民解放军海军福建舰”正式下水。有盐分的海水和空气会对船体造成腐蚀,因此船体的防腐处理非常重要。下列关于金属腐蚀和防腐的说法错误的
是( )
A.可以在船舶外壳装上锌块,用牺牲阳极法防止金属腐蚀
B.海上舰艇的腐蚀主要为金属的析氢腐蚀
C.刷防锈漆,使金属与空气、水等物质隔离,可防止金属被腐蚀
D.外加电流,将需要保护的金属作阴极,可以起到保护金属的作用
解析:海水呈弱碱性,所以海上舰艇的腐蚀主要为吸氧腐蚀,B项错误。
答案:B
2.下列各种镀有金属保护层的铁板,镀层破损后在相同的环境中,铁板最易被腐蚀的是 ( )
A.镀锌铁(白铁) B.镀锡铁(马口铁)
C.镀铜铁 D.镀银铁
解析:镀有金属保护层的铁板,在镀层破损时,与周围环境形成原电池。A项中镀层破损时,锌作负极,铁作正极受到保护;B、C、D项中镀层破损时,铁均作负极而被腐蚀,与正极金属的活动性相差越大,负极被腐蚀的速率越大,所以选D项。
答案:D
3.(2022·广东云浮高二期末)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,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为Fe-3e-Fe3+
B.铁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
解析:A项,在铁的电化学腐蚀中,铁单质失去电子转化为二价亚铁离子,即负极反应为Fe-2e-Fe2+,故错误;B项,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,故错误;C项,活性炭与铁混合,在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池,加速了铁的腐蚀,故正确;D项,以水代替氯化钠溶液,水也呈中性,铁在中性或酸性很弱的条件下易发生吸氧腐蚀,故错误。
答案:C
4.(2022·广东广州高二期末)一定条件下,碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下:
下列说法中错误的是 ( )
A.在pH<4的溶液中,碳钢腐蚀的负极反应为Fe-2e-Fe2+
B.在pH>6的溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀
C.在pH>14的溶液中,碳钢腐蚀的正极反应为O2+4OH-+4e-2H2O
D.在煮沸除氧气后的碱性溶液中,碳钢腐蚀速率会减慢
解析: 在pH<4的溶液中,碳钢主要发生析氢腐蚀,负极上电极反应为Fe-2e-Fe2+,故A项正确;在pH>6的溶液中,碳钢主要发生吸氧腐蚀,负极电极反应为Fe-2e-Fe2+,正极电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,故B项正确;在pH>14的溶液中,碳钢腐蚀的正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,故C项错误;将碱性溶液煮沸除去氧气后,正极上氧气生成氢氧根离子的速率减小,所以碳钢腐蚀速率会减慢,故D项正确。
答案:C
5.“雪龙2号”是一条以极地水域科学考察为首要任务兼具极地考察站后勤物资运输能力的“绿色”极地科学考察破冰船,由我国自主建造。下列有关科考船的说法正确的是 ( )
A.外壳镶嵌一些铅块可提高科考船的抗腐蚀能力
B.停靠期间可将电源正极与船体相连保护船体
C.利用牺牲阳极法保护船体时,正极反应为O2+4e-+2H2O4OH-
D.科考船只采用电化学保护法提高船体抗腐蚀能力
解析:A项,在船壳上镶嵌铅块时船壳金属比铅活泼,构成原电池时,作负极加快其腐蚀,不能减慢船体的腐蚀,故错误;B项,船体与电源正极相连,作阳极,加快船体的腐蚀,故错误;C项,利用牺牲阳极法保护船体时,船体作正极被保护,正极是氧气得电子生成氢氧根离子,正极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,故正确;D项,还可以在船体表面涂上保护层等方法,提高其抗腐蚀能力,故错误。
答案:C
6.相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是 ( )

A B C D
解析:A、B、D三项中都形成了原电池,Fe被腐蚀,只有C项中铁被铜镀层保护,不易被腐蚀。
答案:C
7.铜板上的铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示,下列有关说法中不正确的是 ( )
A.正极的电极反应为2H++2e-H2↑
B.此过程中还涉及的反应:4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3
C.此过程中铜并不被腐蚀
D.此过程中电子从Fe流向Cu
解析:发生吸氧腐蚀时,负极反应为2Fe-4e-2Fe2+,正极反应为2H2O+O2+4e-4OH-,溶液中发生反应Fe2++2OH-Fe(OH)2↓,Fe(OH)2继续被氧化:4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3,Fe(OH)3脱去一部分水形成铁锈。
答案:A
8.钢铁很容易生锈而被腐蚀,每年因腐蚀而损失的钢材约占世界钢铁年产量的十分之一。
(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀,写出该腐蚀过程中的电极反应。
正极: , 负极: 。
(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,其中焊接在闸门上的固体材料R可以采用 (填字母)。
A.铜 B.钠 C.锌 D.石墨

甲 乙
(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。
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)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌,锌被腐蚀,而铁被保护,属于牺牲阳极法。(3)题图乙属于外加电流法,需把被保护的铁闸门连接在电源的负极。
答案: (1)2H2O+O2+4e-4OH- 2Fe-4e-2Fe2+ (2)C (3)负
【拓展提高】
9.将NaCl溶液滴在一块光亮洁净的铁板表面上,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氧气含量少。下列说法中正确的是 ( )
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2H2O+O2+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:根据题意,可判断中心区a为原电池的负极,液滴边缘处O2含量较多,是原电池的正极,Cl-在电池工作时向负极(a)移动,A项错误;Fe失电子发生氧化反应而被腐蚀,C项错误;因Fe比Cu活泼,作负极的是Fe,反应为Fe-2e-Fe2+,D项错误。
答案:B
10.模拟铁的电化学防护的实验装置如图所示,下列说法中错误的
是 ( )
A.若X为石墨棒,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,铁电极上发生的反应为2H++2e-H2↑
D.若X为石墨棒,开关K置于A处时,铁电极上发生的反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-
解析:若X为石墨棒,开关K置于A处时,铁为阴极受到保护,可减缓铁的腐蚀,故A项正确;若X为锌棒,开关K置于A处时,铁作阴极受到保护,开关K置于B处时,铁作正极受到保护,因此开关K置于A或B处,均可减缓铁的腐蚀,故B项正确;若X为锌棒,开关K置于B处时,铁为正极,电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-,故C项错误;若X为石墨棒,开关K置于A处时,铁为电解池的阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,故D项正确。
答案:C
11.电化学理论在钢铁防腐中有着重要应用价值。请按要求回答下列问题。
(1)在潮湿的空气里,钢铁易发生电化学腐蚀,其中正极上的电极反应为 。
(2)在海洋工程上,通常用铝锌镉合金(金属性:Al>Zn>Cd)保护海底钢铁设施,其原理如图所示:
其负极上的电极反应为 ;
在实际应用中,用铝合金而不选用纯铝,纯铝不能很好地起到保护作用,其原因是 。
解析: (1)Fe在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀,O2在正极得电子生成OH-,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-。(2)保护海底钢铁设施,则海底钢铁应为正极被保护,而铝合金作负极,负极发生的电极反应为Al-3e-Al3+;由于铝表面易被氧化,生成一层致密的氧化物薄膜,阻止铝继续氧化,导致铝不能继续反应,因此在实际应用中,负极材料选用铝合金而不用纯铝。
答案: (1)O2+2H2O+4e-4OH-
(2)Al-3e-Al3+ 铝表面易被氧化,生成一层致密的氧化物薄膜,阻止铝继续氧化,使铝不能继续反应
【挑战创新】
12.(2022·河南南阳高二期中)研究金属腐蚀和防腐的原理很有现实意义。
(1)图甲为探究钢铁的吸氧腐蚀的装置。某兴趣小组利用该装置进行实验,导管中的液柱上升缓慢,下列措施可以更快更清晰地观察到水柱上升现象的有 (填字母)。
A.用纯氧气代替试管内空气
B.用酒精灯加热具支试管,提高温度
C.将铁钉换成铁粉和炭粉混合粉末
D.换成更细的导管,水中滴加红墨水
(2)该小组将图甲装置改进成图乙装置并进行实验,导管中红墨水液柱高度随时间的变化如表,根据数据判断腐蚀的速率随时间 (填“逐渐增大”“不变”或“逐渐减小”),你认为主要影响因素为 。
(3)为探究铁钉腐蚀实验A、B两点所发生的反应,进行以下实验,请完成表格:
④根据以上实验探究,试判断 (填“A”或“B”)为负极,该点腐蚀更严重。
(4)金属阳极钝化是一种电化学防护方法。 将Fe作阳极置于H2SO4溶液中,一定条件下Fe钝化形成致密Fe3O4氧化膜,试写出该阳极电极反应: 。
解析: (1)图甲中左侧具支试管中的铁钉发生吸氧腐蚀,消耗氧气,导致具支试管中压强减小,右侧试管的导管中液面上升。用纯氧气代替试管内空气,氧气的浓度增大,反应速率增大,A项正确;用酒精灯加热具支试管提高温度,试管内气体受热膨胀,压强增大,不能更快更清晰地观察到液柱上升,B项错误;将铁钉换成铁粉和炭粉混合粉末,会形成许多微小的原电池,使反应速率增大,C项正确;换成更细的导管,高度变化更灵敏,且滴加红墨水使导管内液面变化更明显,D项正确。(2)利用题表中数据,分析每隔2 min导管内液柱高度变化值即可判断腐蚀速率的变化,1~3 min、3~5 min、5~7 min、7~9 min时间段内液柱上升高度分别为1.3 cm、0.9 cm、0.7 cm、0.5 cm,故铁腐蚀的速率随时间逐渐减小;铁的锈蚀是铁与氧气、水的反应,反应过程中不断消耗氧气,容器内氧气的浓度不断减小,导致反应速率逐渐减小,相同时间内液柱上升的高度逐渐减小。
(3)①图乙中铁钉发生吸氧腐蚀,滴加酚酞指示剂后A点附近出现红色,则说明有氢氧根离子产生,电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-;②B点为Fe失电子生成Fe2+,B点周围出现蓝色沉淀说明加入的是铁氰化钾溶液;③B点的电极反应为Fe-2e-Fe2+;④B点作电池的负极,腐蚀更严重。(4)阳极为Fe,Fe失电子生成Fe3O4,电极反应为3Fe-8e-+4H2OFe3O4+8H+。
答案: (1)ACD (2)逐渐减小 氧气的浓度
(3)①O2+4e-+2H2O4OH- ②K3[Fe(CN)6]溶液(或铁氰化钾溶液)
③Fe-2e-Fe2+ ④b
(4)3Fe-8e-+4H2OFe3O4+8H+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-
时间/min
1
3
5
7
9
液柱高度/cm
0.8
2.1
3.0
3.7
4.2
实验操作
实验现象
实验结论
向NaCl溶液中滴加2~3滴酚酞指示剂
A点附近溶液出现红色
A点的电极反应为①
然后再滴加2~3滴②
B点周围出现蓝色沉淀
B点的电极反应为③