高考化学 教材回归练习 必修 金属的电化学腐蚀与防护

高考化学 教材回归练习 必修 金属的电化学腐蚀与防护

9-3 金属的电化学腐蚀与防护 一、选择题 1．下列叙述中不正确的是( ) A．金属的电化学腐蚀比化学腐蚀普遍 B．钢铁在干燥的空气里不易腐蚀 C．用铝质铆钉铆接铁板，铁板易被腐蚀 D．原电池外电路电子由负极流入正极 解析：A 项，不纯的金属在潮湿的空气中易发生电化学腐蚀，所以电化学腐蚀比化学腐蚀普遍，A 项 正确；B 项，钢铁在干燥的空气中，不易腐蚀，B 项正确；C 项，铝和铁形成原电池，铝作负极易被腐蚀， C 项错误；D 项，原电池负极发生氧化反应，失去的电子通过导线流向正极。 答案：C 2．下列反应一定属于氧化反应的是( ) A．金属的腐蚀 B．原电池的正极反应 C．放热反应 D．电镀池镀件一极的反应 解析：金属腐蚀的本质就是被氧化的过程，A 正确；B、D 发生的均为还原反应；C 项放热反应与是 否发生氧化还原反应无直接关系。 答案：A 3．(2011·北京西城区期末考试)下列现象与电化学腐蚀无关的是( ) A．生铁比纯铁易生锈 B．纯银饰品久置表面变暗 C．黄铜(铜锌合金)制品不易产生铜绿 D．与铜管连接的铁管易生锈 解析：B 项，纯银不符合构成原电池的条件，故它表面变暗与电化学腐蚀无关。 答案：B 4．相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是( ) 解析：A、B、D 均可构成原电池而加速铁的腐蚀，C 中铜镀层把铁完全覆盖，构不成原电池，不易被 腐蚀。 答案：C 5．(2012·陕西省长安一中高三质检(二))某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化 钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字 迹。据此，下列叙述正确的是( ) A．铅笔端作阳极，发生还原反应 B．铂片端作阴极，发生氧化反应 C．铅笔端有少量的氯气产生 D．a 极是负极，b 极是正极 解析：出现红色字迹，说明笔尖生成氢氧根离子，所以铅笔端是阴极，铂片端是阳极，A、B 项错误； 铅笔端产生氢气，不是氯气，C 项错误；a 极是负极，D 项正确。 答案：D (2012·潍坊模拟)下面两套实验装置，都涉及金属的腐蚀反应，假设其中的金属块和金属丝都是足量的。 请同学们仔细观察，完成 6～7 题。 6．下列叙述正确的是( ) A．装置Ⅰ在反应过程中自始至终只生成红棕色气体 B．装置Ⅱ开始阶段铁丝只发生析氢腐蚀 C．装置Ⅱ在反应过程中能产生氢气 D．装置Ⅰ在反应结束时溶液中的金属阳离子只有 Cu2＋ 解析：装置Ⅰ形成原电池，铜作负极、铁作正极，反应的实质是铜与硝酸发生氧化还原反应，开始生 成二氧化氮，硝酸变稀后生成一氧化氮；浓硝酸变稀后，铁和铜两个电极转换，溶液中会有亚铁离子生成； 装置Ⅱ开始阶段发生的是化学腐蚀不是电化学腐蚀，铁、氧气和水反应生成铁锈，氧气消耗后压强变小液 面左移，接触后发生析氢腐蚀，有氢气放出。 答案：C 7.下列与反应原理相关的叙述不正确的是( ) A．装置Ⅰ中不可能发生如下反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋ B．装置Ⅱ在反应结束时溶液中存在 Fe2＋ C．装置Ⅰ的溶液若换为稀硝酸，则腐蚀过程与原装置不同 D．装置Ⅱ中的铁丝能发生电化学腐蚀 解析：浓硝酸变稀，稀硝酸与钝化生成的氧化物反应有铁离子生成，铁单质与铁离子发生反应：Fe＋ 2Fe3＋===3Fe2＋，溶液中最终只含有 Fe2＋；稀硝酸存在时，铁作负极，铜作正极，铁被腐蚀过程发生变化； 装置Ⅱ开始阶段发生的是化学腐蚀不是电化学腐蚀，铁、氧气和水反应生成铁锈，氧气消耗后压强变小液 面左移，接触后发生析氢腐蚀。 答案：A 8．如图所示装置中都盛有 0.1 mol/L 的 NaCl 溶液，放置一定时间后，装置中的四块相同锌片，腐蚀 速率由快到慢的正确顺序是( ) A．③①④② B．①②④③ C．①②③④ D．②①④③ 解析：①为原电池，活泼金属 Zn 为负极，发生氧化反应，腐蚀速率比④快，②③为电解池，②中的 Zn 作阳极，失电子，被腐蚀。③中 Zn 作阴极，被保护，比④中的 Zn 腐蚀更慢，故由快到慢的顺序是②①④③。 答案：D 9．(2012·西安中学高三第三次月考)关于下列各装置图的叙述中，不正确的是( ) A．用甲装置精炼铜，则 a 极为粗铜，电解质溶液为 CuSO4 溶液 B．乙装置的总反应是 Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋ C．丙装置中钢闸门应与外接电源的负极相连 D．丁装置中的铁钉几乎没被腐蚀 解析：本题综合考查电化学知识。难度中等。 在原电池中，较活泼的金属作负极，发生氧化反应，不活泼的金属作正极，不参与反应，B 错误。 答案：B 10．(2011·东北高三联考)按如图所示装置进行下列不同的操作，其中不正确的是( ) A．铁腐蚀的速度由大到小的顺序是：只接通 K1>只闭合 K3>都断开>只闭合 K2 B．只接通 K1，一段时间后，U 形管中出现白色沉淀 C．只接通 K2，U 形管左、右两端液面均下降 D．先只接通 K1，一段时间后，漏斗液面上升，然后再只接通 K2，漏斗液面下降 解析：只闭合 K1，铁作阳极，电解氯化钠溶液，铁失电子生成 Fe2＋，H2O 在阴极得电子生成 H2 和 OH －，Fe2＋和 OH－扩散到 U 形管底部相遇生成白色氢氧化亚铁沉淀，B 项正确。只接通 K2，铁作阴极，不能 失电子，阴极生成氢气，石墨电极上生成氯气。C 项正确，综上分析只接通 K1 铁腐蚀速率最快；只闭合 K3，形成原电池，铁腐蚀的速率次之；都断开时铁自然腐蚀；而只接通 K2 时铁作阴极被保护，腐蚀速率 最慢，故 A 项正确。 答案：D 11．(2012·长沙市高考模拟考试(一))下列用来表示物质变化的化学反应中，正确的是( ) A．Na 与水反应的化学方程式： 2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑ B．钢铁腐蚀时可能发生的负极反应： 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ C．NH4HCO3 溶液与足量 NaOH 溶液反应的离子方程式： NH＋ 4 ＋OH－===NH3↑＋H2O D．表示中和热的热化学方程式： HCl＋NaOH===NaCl＋H2O ΔH＝－57.3kJ/mol 解析：本题考查化学用语。难度中等。 B 中负极为 Fe，失电子发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，错误；C 中 HCO － 3 也与 OH－反应，错误；D 中热化学方程式缺少了物质的状态，错误。 答案：A 12．用惰性电极电解物质的量浓度为 1 3 的 CuSO4 和 NaCl 的混合溶液，可能发生的反应有( ) ①2Cu2＋＋2H2O===== 通电 2Cu＋4H＋＋O2↑ ②Cu2＋＋2Cl－===== 通电 Cu＋Cl2↑ ③2Cl－＋2H2O===== 通电 2OH－＋H2↑＋Cl2↑ ④2H2O===== 通电 2H2↑＋O2↑ A．①②③ B．①②④ C．②③④ D．②④ 解析：设 CuSO4 和 NaCl 的物质的量分别为 1 mol 和 3 mol，根据离子的放电顺序和电子守恒可知电解 过程应分为如下阶段。 (1)电解 CuCl2 溶液 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 2 mol 2 mol 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 1 mol 2 mol 总反应式：Cu2＋＋2Cl－===== 通电 Cu＋Cl2↑ (2)电解 NaCl 溶液 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 1 mol 1 mol 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 1 mol 1 mol 总反应式：2Cl－＋2H2O===== 通电 Cl2↑＋H2↑＋2OH－ (3)电解 Na2SO4 溶液 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑ 总反应式：2H2O===== 通电 2H2↑＋O2↑。 答案：C 13．(2012·北京市海淀区高三第一次模拟)下列有关金属的腐蚀与防护的说法中不正确的是( ) A．温度越高，金属腐蚀速率越快 B．在铁管外壁上镀锌可防止其被腐蚀 C．金属被腐蚀的本质是金属发生了氧化反应 D．将钢闸门与直流电源的正极相连可防止其被腐蚀 解析：本题考查的是金属的腐蚀与防护。温度越高，化学反应速率就越快，A 正确；Zn 比 Fe 活泼， 在铁管外壁上镀锌可防止其被腐蚀，B 正确；金属被腐蚀的本质是金属失电子，发生了氧化反应，C 正确； 钢闸门防止其被腐蚀，应该接到电源的负极上，D 错。 答案：D 14．(2011·上海)用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是( ) A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片 B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片 C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物 D．用带火星的木条检验阳极产物 解析：铜片作阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。 答案：B 15．(2012·江苏单科)下列有关说法正确的是( ) A．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH<0 B．镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈 C．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH<0，其他条件不变时升高温度，反应速率 v(H2)和 H2 的平衡转化率 均增大 D．水的离子积常数 KW 随着温度的升高而增大，说明水的电离是放热反应 解析：A 项，该反应的ΔS>0，室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0；B 项，镀层受损后，铁、 铜在潮湿的环境中形成原电池，铁作负极被腐蚀；C 项，正反应的ΔH<0，升高温度，平衡逆向移动，H2 的平衡转化率减小；D 项，温度升高，KW 增大，平衡正向移动，说明水的电离是吸热反应。 答案：B 二、非选择题 16．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，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材 料 R 可以采用________。(填序号) A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨 (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。 (4)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____________ __________________________________________________。 (5)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意如图： ①A 电极对应的金属________(写元素名称)，B 电极的电极反应是____________________。 ②若电镀前 A、B 两金属片质量相同，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。 ③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因 ___________________________________________________________________________________________ _________________________。 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 Zn，就可由 Zn 失去电子，Zn 被溶解，而 Fe 被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法。(3)属于外加 电流的保护法，需把被保护的铁闸门连接在电源的负极上。(4)铁锈的主要成分为氧化铁的水合物，与盐酸 反应后生成了三价铁离子，而后铁与三价铁离子会化合生成亚铁离子。(5)为在铁表面镀铜需将铁作阴极、 铜作阳极，当析出 1 mol 铜时，两电极的质量差为 64＋64＝128(g)，转移 2 mol 电子，当质量差为 5.12g， 电路中通过的电子为 0.08 mol。 答案：(1)负极：2Fe－4e－===2Fe2＋ 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)C (3)负 (4)2FeCl3＋Fe===3FeCl2 (5)①铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②0.08 ③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(其他答案合理也可) 17．请你参与某学习小组的探究活动，并回答相关问题： 发现问题：甲同学发现盛水的铁锅在与水面接触的部位最易生锈；乙同学发现自己的铜制眼镜框表面 出现了绿色的铜锈；丙同学发现苹果切开不久，果肉上会产生一层咖啡色物质，好像生了“锈”一般。 提出问题：这三种物质“生锈”的原因是什么？ 收集证据： (1)回忆已有知识：铁生锈的条件是________。 (2)查阅有关资料：“铜锈”主要成分是 Cu2(OH)2CO3(俗称铜绿)；苹果“生锈”是果肉里的物质(酚和 酶)与空气中的氧气发生了一系列的反应，生成咖啡色的物质。 (3)实验探究：将四小块铜片分别按下图所示放置一个月，观察现象如下： 装置 现象 铜片不生锈 铜片不生锈 铜片不生锈 铜片生锈且水面 附近锈蚀最严重 实验结论： ①据 A 装置推知，铜生锈需要_____________________________。 ②据 B 装置推知，铜生锈需要____________________________。 ③据 C 装置推知，铜生锈需要____________________________。 ④据 D 装置推知，铜生锈主要是发生了________腐蚀(填“析氢”或“吸氧”)。负极反应为________。 反思与应用： ⑤写出一种防止铁或铜生锈的具体方法_______________。 解析：(1)回忆已有知识或结合实验结论可得出铁生锈的条件为与 O2 和 H2O 同时接触。 (3)通过 A、B、C、D 四套装置比较看出，A 证明无 H2O，铜片不生锈，B 证明无 CO2，铜片不生锈， C 证明无 O2 铜片不生锈，而据 D 现象可知，铜发生了吸氧腐蚀，负极 Cu 失去电子。据实验结论不难想出 ⑤的做法与方案。 答案：(1)铁与氧气、水同时接触 (3)①H2O ②CO2 ③O2 ④吸氧 Cu－2e－===Cu2＋ ⑤保持金属制品表面的洁净和干燥(或金属制品表面涂上保护膜)(答案合理即可) 18．(2013·浙江省名校新高考研究联盟高三第一次联考)某化学兴趣小组对电化学问题进行了实验探 究。 Ⅰ.利用右图装置探究金属的防护措施，实验现象是锌电极不断溶解，铁电极表面有气泡产生。 (1)写出负极的电极反应式____________。 (2)某学生认为，铁电极可能参与反应，并对产物作出假设： 假设 1：铁参与反应，被氧化生成 Fe2＋ 假设 2：铁参与反应，被氧化生成 Fe3＋ 假设 3：____________________________________。 (3)为了探究假设 1、2，他采取如下操作： ①取 0.01 mol/L FeCl3 溶液 2 mol 于试管中，加入过量铁粉；②取操作①试管的上层清夜加入 2 滴 K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀；③取少量正极附近溶液加入 2 滴 K3[Fe(CN)6]溶液，未见蓝色沉淀生成； ④取少量正极附近溶液加入 2 滴 KSCN 溶液，未见溶液变红； 据②、③、④现象得出的结论是______________________。 (4)该实验原理可应用于防护钢铁腐蚀，请再举一例防护钢铁腐蚀的措施 __________________________。 Ⅱ.利用右图装置作电解 50 mL 0.5 mol/L 的 CuCl2 溶液实验。 实验记录： A．阳极上有黄绿色气体产生，该气体使湿润的淀粉碘化钾试纸先变蓝后褪色(提示：Cl2 氧化性大于 IO－ 3 )； B．电解一段时间以后，阴极表面除有铜吸附外，还出现了少量气泡和浅蓝色固体。 (1)分析实验记录 A 中试纸颜色变化，用离子方程式解释： ________________________________________________________； ②__________________________________________________。 (2)分析实验记录 B 中浅蓝色固体可能是__________________(写化学式)，试分析生成该物质的原因 ____________________。 答案：Ⅰ.(1)Zn－2e－＝Zn2＋；(2)铁参与反应，被氧化生成 Fe2＋和 Fe3＋； (3)正极附近溶液不含 Fe2＋和 Fe3＋；(4)油漆(其他合理答案均可) Ⅱ.(1)2I－＋Cl2===I2＋2Cl－；5Cl2＋I2＋6H2O===10Cl－＋2IO－ 3 ＋12H＋； (2)Cu(OH)2，电解较长时间后，Cu2＋浓度下降，H＋开始放电，溶液 pH 增大，Cu2＋转化为 Cu(OH)2 19．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。 (1)以下为铝材表面处理的一种方法： ①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是____________________(用 离子方程式表示)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的________。 a．NH3 b．CO2 c．NaOH d．HNO3 ②以铝材为阳极，在 H2SO4 溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为 ______________________。取少量废电解液，加入 NaHCO3 溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因 是________。 (2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是________。 (3)利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。若 X 为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关 K 应置于________ 处。若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，该电化学防护法称为________________。 解析：本题以金属铝和电化学知识为载体，意在考查学生解决实际问题的能力。 (1)①题中指出在碱洗时有气泡产生，则只有金属铝和碱反应才符合条件，故碱洗过程中发生反应的离 子方程式为 Al2O3＋2OH－===2AlO－ 2 ＋H2O、2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－ 2 ＋3H2↑。碱洗后溶液中含有大量 AlO－ 2 ，故最好通入 CO2 气体使 AlO － 2 转化为 Al(OH)3 沉淀以回收铝。 ②活泼金属作阳极，阳极材料本身失电子被氧化，其氧化产物为 Al2O3，由此可得阳极反应式为 2Al ＋3H2O===Al2O3＋6H＋＋6e－。加入 NaHCO3 溶液后，Al3＋与 HCO － 3 发生水解相互促进反应，离子方程式可 表示为 Al3＋＋3HCO－ 3 ===Al(OH)3↓＋3CO2↑。 (2)电镀时若用石墨作阳极，则电解过程中电解液中 Cu2＋浓度不断减小，导致铁表面不能镀上均匀的 铜。 (3)若 X 为碳棒，则只能用外加电源的阴极保护法，此时开关 K 应置于 N 处，若 X 为 Zn，K 置于 M 处，其保护原理称为牺牲阳极的阴极保护法。 答案：(1)①2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑(或：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO－ 2 ＋3H2↑) b ②2Al＋3H2O===Al2O3＋6H＋＋6e－ HCO － 3 与 H＋反应使 H＋的浓度减小，产生 Al(OH)3 沉淀 (2)补充溶液中消耗的 Cu2＋，保持溶液中 Cu2＋浓度恒定 (3)N 牺牲阳极的阴极保护法(或：牺牲阳极保护法)