2020-2021学年高二化学重难点训练：金属的电化学腐蚀与防护

2020-2021学年高二化学重难点训练：金属的电化学腐蚀与防护

2020-2021 学年高二化学重难点训练：金属的电化学腐蚀与防护 一、选择题（每小题只有一个正确选项，共 10*6 分） 1．（ 2020 江苏高考真题）将金属 M 连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情 境中，下列有关说法正确的是 A．阴极的电极反应式为 2F e 2 e F e B．金属 M 的活动性比 Fe 的活动性弱 C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护 D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快 【答案】C 【解析】该装置为原电池原理的金属防护措施，为牺牲阳极的阴极保护法，金属 M 作负极，钢铁设备作正 极。A.阴极的钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属被保护不失电子，故 A 错误；B.阳极金属 M 实际为 原电池装置的负极，电子流出，原电池中负极金属比正极活泼，因此 M 活动性比 Fe 的活动性强，故 B 错误； C.金属 M 失电子，电子经导线流入钢铁设备，从而使钢铁设施表面积累大量电子，自身金属不再失电子从 而被保护，故 C 正确；D.海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强， 因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快，故 D 错误；故选：C。 2．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是（ ） A．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用 B．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法 C．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应式 Fe-3e-=Fe3+ D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀 【答案】B 【解析】A、根据金属活动顺序表，铁比 Sn 活泼，镀层破损后，构成原电池，铁作负极，Sn 为正极，加速 铁制品腐蚀，故 A 错误；B、锌比铁活泼，锌作负极，铁作正极，铁被保护起来，这种方法称为牺牲阳极的 阴极保护法，故 B 正确；C、钢铁发生吸氢腐蚀时，负极反应式为 Fe－2e－=Fe2＋，故 C 错误；D、根据电解 池的原理，如果活动性金属作阳极，活动性金属先失电子，加速腐蚀，因此输油钢管与外加直流电源的负 极相连，故 D 错误；答案选 B。 3．在铁的吸氧腐蚀过程中，下列 5 种变化可能发生的是( ) ①Fe 由＋2 价转化成＋3 价 ②O2 被还原 ③产生 H2 ④Fe(OH)3 失水形成 Fe2O3·xH2O ⑤杂质 C 被氧 化除去 A．①②④ B．③④ C．①②③④ D．①②③④⑤ 【答案】A 【解析】钢铁的吸氧腐蚀化学变化为：负极： -2+F e - 2 e = F e ，正极： -- 222HO+O+4e=4OH ，总反应为：  22 22Fe+2HO+O=2FeOH ，   2F e OH 迅速被空气中的氧气氧化：    22234FeOH+O+2HO=4FeOH ，   3Fe OH 失水变成 232F e O x H O ，杂质碳做正极，不参与反应，故不能除去。答案选 A。 4．如下图,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为( ) A．①②③④⑤ B．④③②①⑤ C．④③①②⑤ D．④②③①⑤ 【答案】C 【解析】金属腐蚀快慢的比较规律：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， 结合题给装置选 C。 5．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 c 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 4.48L 【答案】D 【解析】A、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 Cu 作负极 被氧化，腐蚀过程中，负极是 c，发生氧化反应，A 正确；B、氧气在正极得电子生成氢氧根离子，电极反 应式为：O2+ 4e－+2H2O=4OH－，B 正确；C、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；D、不确定氧气是否在标准状况下，则不能计算氧 气的体积，D 错误，答案选 D。 6．2020 年 5 月 5 日，广东省东莞虎门大桥出现桥面抖动现象，专家对桥墩的主体钢筋进行了全面检测，并 确定了其安全性。以下说法正确的是 A．桥墩钢筋容易发生化学腐蚀 B．在海面与空气交界处的钢铁，比海底下的钢铁更容易被腐蚀 C．可以在桥墩钢铁上嵌附铜片，减慢其腐蚀速率 D．将桥墩钢铁与外接电源负极相连的方法，称为牺牲阳极的阴极保护法 【答案】B 【解析】A．桥墩钢筋可与海水形成原电池，容易发生电化学腐蚀，A 说法错误；B．在海面与空气交界处的 钢铁，易发生吸氧腐蚀，海面下水中氧气的溶解度较小，海底下的钢铁腐蚀较慢，则在海面与空气交界处 的钢铁比海底下的钢铁更容易被腐蚀，B 说法正确；C．锌的活泼性大于铁，铁的活泼性大于铜，可以在桥 墩钢铁上嵌附锌片，减慢其腐蚀速率，镶嵌铜，腐蚀速率加快，C 说法错误；D．将桥墩钢铁与外接电源负 极相连的方法，防止了铁被腐蚀，称为外加电源的阴极保护法，D 说法错误；答案为 B。 7．一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液 pH 的关系如下表： 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 — 下列说法正确的是 A．随 pH 的升高，碳钢腐蚀速率逐渐加快 B．pH<4,发生析氢腐蚀 C．pH 为 14，其负极反应为 2H2O+Fe-3e-=FeO2 -+4H+ D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会加快 【答案】B 【解析】A 项、由表可知，随 pH 的升高，碳钢腐蚀速率先减慢后逐渐加快，故 A 错误；B 项、当 pH<4 溶液 中，碳钢主要发生析氢腐蚀，负极电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，正极上电极反应式为：2H++2e-=H2↑，故 B 正确；C 项、在 pH=14 溶液中，碳钢发生吸氧腐蚀，负极反应为 4OH-+Fe_3e-═FeO2 -+2H2O，故 C 错误；D 项、 在煮沸除氧气后的碱性溶液中，正极上氧气生成氢氧根离子速率减小，所以碳钢腐蚀速率会减缓，故 D 错 误。故选 B。 8．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 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：Fe－2e－=Fe2＋ 【答案】C 【解析】A．U 型管左边装置是中性溶液，所以发生吸氧腐蚀，右边装置是酸性溶液发生析氢腐蚀，故 A 正 确；B．左边装置发生吸氧腐蚀，导致气体压强减小，右边装置发生析氢腐蚀，生成氢气导致气体压强增大， 所以右边的液体向左边移动，一段时间后，a 管液面高于 b 管液面，故 B 正确；C．a 处铁失电子生成亚铁 离子，氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁沉淀，所以 a 处 pH 不变；b 处溶液变成硫酸亚铁溶液，溶液的 pH 变大，故 C 错误；D．a、b 两处构成的原电池中，铁都作 负极，所以负极上具有相同的电极反应式：Fe-2e-=Fe2+，故 D 正确；故选 C。 9．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+ 【答案】B 【解析】A．根据在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极的规律，阴离子 Cl-应由 b 区向 a 区迁移， A 错误；B．O2 在液滴外沿反应，正极电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，发生还原反应，B 正确；C．液滴下的 Fe 因发生氧化反应而被腐蚀，C 错误；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， 由于 Fe 的金属活动性比铜强，Fe 仍为负极，负极发生的电极反应为：Fe-2e-=Fe2+，D 错误；故选 B。 10．验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下（烧杯内均为经过酸化的 3%NaCl 溶液）。 ① ② ③ 在 Fe 表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确．．．的是 A．对比②③，可以判定 Zn 保护了 Fe B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将 Fe 氧化 C．验证 Zn 保护 Fe 时不能用①的方法 D．将 Zn 换成 Cu，用①的方法可判断 Fe 比 Cu 活泼 【答案】D 【解析】A 项，对比②③，②Fe 附近的溶液中加入 K3[Fe（CN）6]无明显变化，②Fe 附近的溶液中不含 Fe2+， ③Fe 附近的溶液中加入 K3[Fe（CN）6]产生蓝色沉淀，③Fe 附近的溶液中含 Fe2+，②中 Fe 被保护，A 项正确； B 项，①加入 K3[Fe（CN）6]在 Fe 表面产生蓝色沉淀，Fe 表面产生了 Fe2+，对比①②的异同，①可能是 K3[Fe （CN）6]将 Fe 氧化成 Fe2+，B 项正确；C 项，对比①②，①加入 K3[Fe（CN）6]在 Fe 表面产生蓝色沉淀，① 也能检验出 Fe2+，不能用①的方法验证 Zn 保护 Fe，C 项正确；D 项，由实验可知 K3[Fe（CN）6]可能将 Fe 氧 化成 Fe2+，将 Zn 换成 Cu 不能用①的方法证明 Fe 比 Cu 活泼，D 项错误；答案选 D。 二、主观题（共 3 小题，共 40 分） 11．（ 10 分）（1）图 1 中，为了减缓海水对钢闸门 A 的腐蚀，材料 B 可以选择__________（填字母）。 a.碳棒 b.锌板 c.铜板 材料 B 需定期拆换，其是原因：________________。 （2）图 2 中，钢闸门 C 作__________极。若用氯化钠溶液液模拟海水进行实验，D 为石墨块，则 D 上的电 极反应为________________________，检测该电极反应产物的方法是______________________。 【答案】（每空 2 分）（1）b 锌作原电池的负极，(失电子， Zn−2e−═Zn2+)，不断遭受腐蚀，需定期拆换 （2） 阴 2Cl--2e−═Cl2↑ 湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极附近，试纸变蓝，证明生成氯气 【解析】（1）形成原电池时，Fe 作正极被保护，则要选择活泼性比 Fe 强的金属作负极，所以选锌；锌的活 泼性比 Fe 强的作负极，不断遭受腐蚀，需定期拆换；故答案为：b；锌作原电池的负极，(失电子，Zn−2e− ═Zn2+)，不断遭受腐蚀，需定期拆换； （2）Fe 作阴极被保护，则钢闸门 C 做阴极；电解氯化钠溶液时阳极上氯离子失电子生成氯气；其电极反应 为：2Cl--2e−═Cl2↑，检验氯气用湿润的淀粉碘化钾试纸，即用湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极附近，试纸 变蓝，证明生成氯气；故答案为：阴；2Cl--2e−═Cl2↑；湿润的淀粉碘化钾试纸放在阳极附近，试纸变蓝， 证明生成氯气； 12．（ 12 分）2018 年 7 月至 9 月，国家文物局在辽宁开展水下考古，搜寻、发现并确认了甲午海战北洋水 师沉舰——经远舰。已知：正常海水呈弱碱性。 (1)经远舰在海底“沉睡”124 年后，钢铁制成的舰体腐蚀严重。舰体发生电化学腐蚀时，负极的电极反应 式为_______。 (2)为了保护文物，考古队员采用“牺牲阳极的阴极保护法”对舰船进行了处理。 ①下列说法不正确的是________。 A．锌块发生氧化反应：Zn-2e-=Zn2+ B．舰体有电子流入，可以有效减缓腐蚀 C．若通过外加电源保护舰体，应将舰体与电源正极相连 D．地下钢铁管道用导线连接锌块与该种舰体保护法原理相同 ②采用“牺牲阳极的阴极保护法”后，舰体上正极的电极反应式为_________。 (3)船上有些器皿是铜制品，表面有铜锈。 ①据了解铜锈的成分非常复杂，主要成分有 Cu2(OH)2CO3 和 Cu2(OH)3Cl。考古学家将铜锈分为无害锈(形成了 保护层)和有害锈(使器物损坏程度逐步加剧，并不断扩散)，结构如图所示。 下列说法正确的是________ A．疏松的 Cu2(OH)3Cl 属于有害锈 B．Cu2(OH)2CO3 既能溶于盐酸也能溶于氢氧化钠溶液 C．青铜器表面涂一层食盐水可以做保护层 D．用 HNO3 溶液除锈可以保护青铜器的艺术价值，做到“修旧如旧” ②文献显示 Cu2(OH)3Cl 的形成过程中会产生 CuCl(白色不溶于水的固体)，将腐蚀文物置于含 Na2CO3 的缓冲 溶液中浸泡，可以使 CuCl 转化为难溶的 Cu2(OH)2CO3 反应的离子方程式为______。 (4)考古队员将舰船上的部分文物打捞出水后，采取脱盐、干燥等措施保护文物。从电化学原理的角度分析 “脱盐、干燥”的防腐原理：________。 【答案】（每空 2 分）(1)Fe-2e-=Fe2+ (2)①C ②O2+4e-+2H2O=4OH- (3)①A ②4CuCl +O2+2H2O+2CO 2 3  =2Cu2(OH)2CO3+4Cl- (4)脱盐、干燥处理破坏了微电池中的离子导体(或电解质溶液)，使文物表面无法形成微电池发生电化学腐 蚀 【解析】(1)舰体发生电化学腐蚀时，负极的电极反应式为 Fe-2e-=Fe2+。故答案为：Fe-2e-=Fe2+； (2)①A．锌比铁活泼，锌块先发生氧化反应：Zn-2e-=Zn2+，故 A 正确；B．舰体为正极，是电子流入的一极， 正极被保护，可以有效减缓腐蚀，故 B 正确；C．采用外加电流的阴极保护法保护金属时，被保护的金属作 阴极，若通过外加电源保护舰体，应将舰体与电源负极相连，故 C 错误；D．地下钢铁管道用导线连接锌块 与该种舰体保护法原理相同，都是牺牲阳极的阴极保护法，故 D 正确；故答案为：C； ②采用“牺牲阳极的阴极保护法”后，正极是氧气得电子发生还原反应，舰体上正极的电极反应式为 O2+4e-+2H2O=4OH-。故答案为：O2+4e-+2H2O=4OH-； (3)①A．由图片信息可知，Cu2(OH)3Cl 疏松、易吸收水，会使器物损坏程度逐步加剧，并不断扩散，所以属 于有害锈，故 A 正确；B．Cu2(OH)2CO3 能溶于盐酸但不能溶于氢氧化钠溶液，故 B 错误；C．青铜器表面涂一 层食盐水提供形成原电池的电解质溶液，加快铜的腐蚀，故 C 错误；D．HNO3 溶液具有强氧化性，加快铜的 腐蚀，故 D 错误；故答案为：A； ②将腐蚀文物置于含 Na2CO3 的缓冲溶液中浸泡，可以使 CuCl 转化为难溶的 Cu2(OH)2CO3 反应的离子方程式为 4CuCl +O2+2H2O+2CO =2Cu2(OH)2CO3+4Cl-；故答案为：4CuCl +O2+2H2O+2CO =2Cu2(OH)2CO3+4Cl-； (4)从电化学原理的角度分析“脱盐、干燥”的防腐原理：脱盐、干燥处理破坏了微电池中的离子导体(或 电解质溶液)，使文物表面无法形成微电池发生电化学腐蚀；故答案为：脱盐、干燥处理破坏了微电池中的 离子导体(或电解质溶液)，使文物表面无法形成微电池发生电化学腐蚀。 13．（ 18 分）(1)某研究性学习小组设计了如下图所示装置探究钢铁的腐蚀与防护，烧杯内液体均为饱和食 盐水。 ①在相同条件下，三组装置中铁电极腐蚀最快的是__(填装置序号)，该装置中正极反应式为__。 ②为防止金属 Fe 被腐蚀，可以采用上述___(填装置序号)装置原理进行防护。 （2）某小组同学为探究电极对金属腐蚀与防护的影响，设计如下实验：将饱和食盐水与琼脂(凝固剂，不 参与反应)的混合液置于两个培养皿中，向其中滴入少量酚酞溶液和 K3Fe(CN)6 溶液，混合均匀。分别将包 裹锌片和铜片的铁钉放入两个培养皿中，观察现象如下。 ①被腐蚀的是包裹_____的铁钉(填“锌片”或“铜片”) ②结合电极反应式解释 i 中现象产生的原因_____ ③结合以上实验，请对铁制零件的使用提出建议_____ 【答案】（每空 3 分）(1)①（①） O2+2H2O+4e－ = 4OH－ ②（②③） (2) ①铜片②锌为负极，发生电极反应 Zn-2e-=Zn2+，铁为正极，发生电极反应 O2+2H2O+4e-=4OH-，生成的氢 氧根离子能使酚酞变红色，没有生成 Fe2+，K3Fe(CN)6 溶液不能变蓝③在铁表面镀上一层比铁活泼的金属 【解析】(1)①在相同条件下，①中铁作负极，铜作正极，铁被腐蚀，腐蚀较快，②中锌为负极，铁为正极， 铁受到一定保护，是牺牲阳极的阴极保护法，③中铁为阴极，石墨为阳极，铁受到保护，是外加电源的阴 极保护法，因此三组装置中铁电极腐蚀最快的是①，该装置是吸氧腐蚀，因此正极反应式为 O2+2H2O+4e－ = 4OH －；故答案为：①；O2+2H2O+4e－ = 4OH－。 ②根据前面分析得到为防止金属 Fe 被腐蚀，可以采用上述②③装置原理进行防护；故答案为：②③。 (2)①根据图 ii 中 K3Fe(CN)6 溶液变蓝，说明 ii 中生成了 Fe2+，铁被腐蚀，所以被腐蚀的是包裹铜片的铁钉； ② i 中现象只变红产生的原因：锌和铁形成原电池时，锌比铁活泼，锌为负极，发生电极反应 Zn-2e-=Zn2+， 铁为正极，发生电极反应 O2+2H2O+4e-=4OH-，生成的氢氧根离子能使酚酞变红色，没有生成 Fe2+，K3Fe(CN)6 溶液不能变蓝； ③结合以上实验，活泼金属作原电池负极被氧化，铁作正极被保护，所以铁制零件的使用提出建议在铁表 面镀上一层比铁活泼的金属。