2018-2019版化学创新设计同步选修4（人教版）精选习题：第4章 第四节 金属的电化学腐蚀与防护 Word版含解析.doc

1、第四节 金属的电化学腐蚀与防护课程目标 核心素养建构1.理解金属发生电化学腐蚀的原因。2.了解金属腐蚀的危害。3.了解防止金属腐蚀的措施。知 识 梳 理一、金属的腐蚀1.概念金属或合金与周围接触到的气体或液体物质发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。2.本质金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。3.分类(1)化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体(如 O2、Cl 2、SO 2 等)或非电解质溶液(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。(2)电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化。4.钢铁的电化学腐蚀(1)钢铁的电化学腐蚀的分类：电化学腐蚀 析

2、氢 腐 蚀 吸 氧 腐 蚀 )(2)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较：析氢腐蚀 吸氧腐蚀图形描述钢铁的析氢腐蚀示意图 钢铁的吸氧腐蚀示意图条件 水膜酸性较强 水膜呈中性或酸性很弱负极 Fe2e =Fe2 2Fe4e =2Fe2正极 C 2H 2e =H2 O24e 2H 2O=4OH电极反应总反应 Fe2H =Fe2 H 2 2Fe 2H2OO 2=2Fe(OH)2【自主思考】1.铁制品在潮湿的环境中比在干燥的环境中容易生锈，为什么？提示 铁制品中含有杂质碳，在潮湿的环境中构成原电池，加快了铁被氧化的反应速率。二、金属的防护1.金属的电化学防护(1)牺牲阳极的阴极保护法：应用原电池原理，让被保护金

3、属作正极，另外一种活泼性较强的金属作负极。如图所示：(2)外加电流的阴极保护法：利用电解原理，把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，接外加直流电源。如图所示：2.改变金属的内部组织结构制成防腐合金。如不锈钢。3.加保护层如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或使其钝化等。【自主思考】2.电化学防护的实质是什么？提示 把被保护的金属作原电池正极或电解池阴极，不参与电极反应，从而不被氧化。效 果 自 测1.判断正误，正确的画“” ，错误的画“” 。(1)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质，能够减缓金属的腐蚀( )(2)用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金

4、属，如锌、锡、铬、镍等，能够减缓金属的腐蚀( )(3)工业上常利用一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜( )(4)把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大地增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力( )(5)给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接以防止铁腐蚀( )(6)制成合金后均比纯金属耐腐蚀( )答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) 2.钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为_。(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用甲图

5、所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料 R 可以采用_。A.铜 B.钠C.锌 D.石墨(3)如乙图所示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_极上。解析 (1)发生吸氧腐蚀时，负极上铁失电子，正极上 O2 得电子；(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属，如锌，可使锌失电子而保护铁，不能用钠，因钠非常活泼与水反应；(3)属于外加电流的阴极保护法。答案 (1)负极： 2Fe4e =2Fe2 ，正极：O 22H 2O4e =4OH (2)C (3)负探究一、化学腐蚀与电化学腐蚀的比较【合作交流】1.纯铁和生铁分别与等浓度的盐酸反应，哪种反应更快？提示 生铁(因为形成原电池)。

6、2.金属的电化学腐蚀和化学腐蚀有何异同？提示 金属的电化学腐蚀和化学腐蚀的实质相同，都是金属失电子被氧化，但电化学腐蚀形成原电池，有电流产生，而化学腐蚀不产生电流。3.决定金属电化学腐蚀类型的因素是什么？提示 与金属接触的电解质溶液的酸碱性决定了电化学腐蚀的类型。若电解质溶液的酸性较强，则发生析氢腐蚀，若酸性很弱或呈中性，则发生吸氧腐蚀。【点拨提升】化学腐蚀与电化学腐蚀的区别与联系化学腐蚀 电化学腐蚀 (主要)定义金属与接触到的物质(一般是单质或非电解质)直接发生化学反应而引起的腐蚀不纯金属(或合金) 与接触到的电解质溶液所发生的原电池反应，较活泼金属原子失去电子而被氧化引起的腐蚀吸氧腐蚀 (

7、主要) 析氢腐蚀条件金属与非电解质直接接触水膜中溶有 O2，呈极弱酸性或中性水膜酸性较强现象 无电流产生 有微弱电流产生负极：Fe2e =Fe2反应式( 以铁腐蚀为例)2Fe3Cl 2=2FeCl3正极：2H2OO 24e =4OH正极：2H 2e = H2联系两种腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大【典题例证 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

8、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。答案 D【变式训练 1】 利用下图装置进行实验，开始时，a、b 两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是( )A.a 管发生吸氧腐蚀， b 管发生析氢腐蚀B.一段时间后，a 管液面高于 b

9、管液面C.a 处溶液的 pH 增大，b 处溶液的 pH 减小D.a、b 两处具有相同的电极反应式：Fe2e =Fe2解析 根据装置图判断，左边铁丝发生吸氧腐蚀，右边铁丝发生析氢腐蚀，其电极反应为左边 负极：Fe2e =Fe2正极：O 24e 2H 2O=4OH右边 负极：Fe2e =Fe2正极：2H 2e =H2a、b 处的 pH 均增大，C 错误。答案 C探究二、金属腐蚀快慢的判断以及金属的防护【合作交流】1.把生铁放在水中与放在食盐水中，哪个腐蚀的快？提示 食盐水中。2.轮船的外壳装有镁合金或锌块，其作用是什么？提示 保护船体。【点拨提升】1.判断金属腐蚀快慢的规律(1)电解原理引起的腐蚀

10、原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀 有防护措施的腐蚀。(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(3)活泼性不同的两种金属，构成原电池活动性差别越大，腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说，一般是电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。2.金属的防护方法【典题例证 2】 一根铁丝插入煮沸过的蒸馏水中，铁丝上有三点：A(液面以下)、B(液面)、C(液面以上)。问：(1)A、B、C 三点哪点腐蚀最快？(2)若向蒸馏水中加入少量食盐，B 处的腐蚀速率将如何变化？(3)若将蒸馏水换成：0.1 molL1 H2SO4 溶液； 1 molL1 H2SO4 溶液；18.4 molL 1 H2

11、SO4 溶液。则 A 处腐蚀由快到慢的顺序是 _。解析 (1)根据题意可知：A 在煮沸的蒸馏水内部，因缺少 O2，几乎不腐蚀。B在水面处，发生了电化学腐蚀。C 在水面以上，与 O2 接触，发生化学腐蚀，根据同一种物质，发生电化学腐蚀与化学腐蚀的对比可知 B 处铁丝的腐蚀比 C 处的快。(2)蒸馏水中加入少量食盐(强电解质) ，构成了原电池，B 点腐蚀速率远大于以前。(3)硫酸为稀硫酸，但是中硫酸的浓度小于中硫酸的浓度，铁丝在中的腐蚀速率比中的快，中 18.4 molL1 的硫酸(98%) 是浓硫酸，铁很快发生了钝化几乎不腐蚀。答案 (1)B 点腐蚀最快 (2)B 处腐蚀的速率将加快(3)【变式

12、训练 2】 如图所示，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. B.C. D.解析 中 Fe 作阳极，腐蚀最快。中 Fe 作正极，被保护，腐蚀慢。中 Fe作负极，被腐蚀。答案 A1.下列叙述中不正确的是( )A.金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍B.钢铁在干燥空气中不易被腐蚀C.用铝质铆钉铆接铁板，铁板不易被腐蚀D.原电池中电子由正极流入负极答案 D2.近年来，我国南方大面积持续降雪使得融雪剂需求量大。 “化冰盐”氯盐类(氯化钠、氯化钙等)融雪剂，对钢轨设施的腐蚀如图所示。下列有关说法中不正确的是( )A.正极电极反应式为：2H 2e =H2B.此过程中还涉及反应：4Fe(

13、OH) 22H 2OO 2=4Fe(OH)3C.此过程为吸氧腐蚀原理D.此过程中电子从 Fe 移向 C解析 从图示中已清楚看出是吸氧腐蚀。A 项错误，此为析氢腐蚀的正极反应式，一般发生在酸性较强的环境中，在中性或碱性环境中一般以吸氧腐蚀为主；B 项正确，这是电池反应的后继反应；C 项正确，图中已标示出 O2 的进入；D项正确，电子从原电池的负极流向正极。答案 A3.下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是( )A.钢管与电源正极连接，钢管可被保护B.铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀C.钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀D.钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是 Fe3e =Fe3解析 钢管

14、连电源正极，则作阳极，易腐蚀；铜管与钢管堆放，钢管作负极，易腐蚀。答案 B4.钢铁工业是国家工业的基础，请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。(1)生产中可用盐酸来除铁锈。现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式是_。(2)下列装置可防止铁棒被腐蚀的是_。(3)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置示意图如图。A 电极对应的金属是_(写元素名称)，B 电极的电极反应式是_。若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为 5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为_mol。镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请

15、简要说明原因：_。答案 (1)2FeCl 3Fe= =3FeCl2 (2)BD (3)铜 Cu 2 2e =Cu 0.08 铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀课时作业1.关于金属腐蚀的叙述中，正确的是( )A.金属被腐蚀的本质是 MnH 2O=M(OH)n H2n2B.马口铁 (镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化C.金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D.常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀解析 A 中金属腐蚀的本质应包括化学腐蚀和电化学腐蚀，为Mne =Mn ；B 选项中 Sn、Fe 构成电化学腐蚀，主要是Fe2e =Fe2 ，铁先

16、被腐蚀；常温下，空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，难以和非金属氧化剂(Cl 2、S)等反应发生化学腐蚀。答案 C2.下列事实与电化学腐蚀无关的是( )A.光亮的自行车钢圈不易生锈B.黄铜 (CuZn 合金)制的铜锣不易生锈C.铜、铝电线一般不连接起来作导线D.生铁比熟铁(几乎是纯铁)容易生锈解析 B 、C、D 项均与原电池有关，能用电化学知识来解释，故选 A。答案 A3.出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有 Cu2(OH)3Cl 覆盖在其表面。下列说法不正确的是( )A.锡青铜的熔点比纯铜低B.在自然环境中，锡青铜中的锡可对铜起保护作用C.锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快D.生

17、成 Cu2(OH)3Cl 覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程解析 锡青铜是合金，合金的熔点比任何一种纯金属的熔点都低，一般合金的硬度比任何一种纯金属的硬度都大，可判断 A 对；由于锡比铜活泼，故在发生电化学腐蚀时，锡失电子保护铜，B 正确；潮湿的环境将会加快金属的腐蚀，C 正确；电化学腐蚀过程实质是金属失去电子生成金属阳离子，有电子的转移，属于化学反应过程，D 错。答案 D4.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4Fe3O 2x H2O=2Fe2O3xH2O。如图为一放在水槽中的铁架，水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是( )A. B.C. D.解析 处没有和电解质溶解

18、接触，不能构成原电池，锈蚀较慢；处已与电解质溶液接触，但处含 O2 较少，所以 处腐蚀最快。答案 C5.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 Fe2e =Fe2D.a 试管中发生了吸氧腐蚀，b 试管中发生了析氢腐蚀答案 B6.下列有关金属的保护方法的说法中正确的是( )A.常使用的快餐杯表面有一层搪瓷，搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用B.白铁 (镀锌铁)镀层破损后，铁皮的腐蚀仍很慢C.轮船的船壳水线以下常

19、装有一些锌块，这是利用了牺牲阴极的阳极保护法D.钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青，这是钢铁的电化学保护法解析 A 项中涂层破损后，铁直接暴露在空气中，因而搪瓷层不能对破损部分进行保护；B 项中镀层破损后由于锌的金属性比铁强，与铁构成原电池，锌作负极，保护铁不被腐蚀；C 选项应是牺牲阳极的阴极保护法；D 项中应是用沥青作涂层的涂层保护法。答案 B7.钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2Fe2H 2OO 2=2Fe(OH)2。以下说法正确的是( )A.负极发生的反应为 Fe2e =Fe2B.正极发生的反应为 2H2OO 22e =4OHC.原电池是将电能转变为化学能的装置D.钢柱在水

20、下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀答案 A8.如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有 pH4 的雨水和生铁片。观察到：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。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，生铁片仅发生析氢腐蚀C.墨水回升时，碳极反应式为 O22H 2O4e =4OHD.具支试管中溶液 pH 逐渐减小解析 生铁片中的碳是原电池的正极，A 错误；雨水酸性较强，开始时铁片发生析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B 错误；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极

21、，电极反应式为 O22H 2O4e =4OH ，C 正确；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管内溶液 pH 均增大， D 错误。答案 C9.为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是( )A.在精密机床的铁床上安装铜螺钉B.在排放海水的钢铁闸门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中C.在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里D.在地下输油的铸铁管上接直流电源的正极解析 A、B 中形成的原电池都是铁作负极，加速钢铁腐蚀； D 中铸铁管作阳极，加速腐蚀；C 中锌比铁活泼，铁作正极。答案 C10.为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于

22、玻璃钟罩里保存一星期 ，下列对实验结束时现象描述不正确的是( )A.装置左侧的液面一定会上升B.左测液面装置比装置的低C.装置 中的铁钉腐蚀最严重D.装置中的铁钉几乎没被腐蚀解析 装置中潮湿的水蒸气为中性，铁钉发生吸氧腐蚀，左侧的液面一定会上升；装置中潮湿的水蒸气为酸性，铁钉发生析氢腐蚀，左侧的液面下降，故左侧液面装置比装置的高；装置中铜与铁构成原电池，腐蚀最为严重；装置中铁钉处于干燥环境，几乎没被腐蚀。答案 B11.下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )A.图 a 中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B.图 b 中，开关由 M 改置于 N 时，CuZn 合金的腐蚀速率减小C.图 c 中

23、，接通开关时 Zn 腐蚀速率增大，Zn 上放出气体的速率也增大D.图 d 中，ZnMnO 2 干电池自放电腐蚀主要是由 MnO2 的氧化作用引起的解析 图 a 中，铁棒发生电化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，A 项错误；图 b 中开关由 M 置于 N，CuZn 作正极，腐蚀速率减小，B 项正确；图 c 中接通开关时 Zn 作负极，腐蚀速率增大，但氢气在 Pt 上放出，C 项错误；图 d 中干电池自放电腐蚀主要是 Zn 被氧化发生氧化反应引起的， D项错误。答案 B12.铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。(1)某原电池装置如上图所示，右侧

24、烧杯中的电极反应式为_，左侧烧杯中的 c(Cl )_(填“增大” 、 “减小” 或“不变”)。已知下图甲、乙两池的总反应式均为 FeH 2SO4=FeSO4H 2，且在同侧电极(指均在 “左电极”或“右电极”)产生 H2。请在两池上标出电极材料 (填“Fe”或“C”)。(2)装置丙中，易生锈的是_(填“a” 或“b”) 点。装置丁中可观察到的实验现象是_。解析 (1)电池反应中 Fe 作负极，石墨棒作正极，右侧电极反应式为2H 2e =H2。由于平衡电荷的需要，盐桥中的 Cl 向负极迁移，故 NaCl溶液中 c(Cl )增大。装置乙是电解装置，阴极( 右侧 )产生 H2，同时根据总反应式可知

25、Fe 只能作阳极(左侧)。由已知条件知，在装置甲中，Fe 作原电池的负极，在左侧，C 作原电池的正极，在右侧。(2)装置丙中由于 a 点既与电解液接触，又与空气接触，故易生锈。装置丁中铁屑发生吸氧腐蚀，负极：Fe2e =Fe2 ，正极：O 24e 2H 2O=4OH ，生成的离子继续反应：Fe 2 2OH =Fe(OH)2，4Fe(OH)2O 22H 2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH) 3=Fe2O3xH2O(3x)H 2O，由整个反应来看，最终铁屑表面会生成红棕色的铁锈，由于反应消耗氧气，因此试管内液面上升。答案 (1)2H 2e =H2 增大甲池中：左Fe，右C乙池中：左Fe，右C(2

26、)a 铁屑表面生成红棕色锈斑，试管内液面上升13.某研究小组对铁生锈进行研究。(1)甲同学设计了 A、B 、C 一组实验(如上图)，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。通过上述实验现象分析，可得出铁生锈的外部条件是_。铁钉发生电化学腐蚀的正极电极反应式为_。实验 B 所用的水要经过_处理。植物油的作用是_。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。答案 (1)有水 (或电解质溶液) 和氧气(或空气)O 24e 2H2O=4OH煮沸(或“除去氧气”) 隔绝空气(或“防止氧气与铁接触”)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“氧气参与反应” 、 “消耗了氧气”)使气体体积减小 不能